JP4531904B2 - Optical material for ultraviolet ray and method for producing the same - Google Patents

Optical material for ultraviolet ray and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、略160〜300nmの波長域での波長域での光源を用いたリソグラフィー、光CVD、光クリーニングなどに用いられる透明シリカガラスからなる紫外線用光学材料及びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは真空紫外から紫外線領域のエキシマレーザー、エキシマランプ光に対して透過率の高いレンズ、超LSI用フォトマスク基板、プリズム、窓材、ランプ材等の透明シリカガラスからなる紫外線用光学材料、特に波長157nmのF2エキシマレーザー用の透明シリカガラスからなる紫外線用光学材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
現状使用されているシリカガラスはそれぞれ一長一短があり、目的に応じて使い分けられている.たとえば、波長が248nmのKrF、あるいは、波長が193nmのArFエキシマレーザー用光学材料には、OH基含有量が十分高いもの、あるいは水素処理を施した高純度の合成シリカガラスが用いられてきた(例えば、特開平4−97922)。これは、SiOHを多くしてガラス網目構造を柔軟にすることにより、レーザー耐性の向上をはかっているものである。すなわち、欠陥構造の前駆体生成や歪んだ Si−O−Si 結合の解裂による欠陥生成を防止するためには、歪んだボンド自身を少なくしてやる必要があり、そのための手段として Si−OHの量を多くすることで、SiO2の骨格構造の歪みを低減し、欠陥の生成を防止したものである。従来はこのような不安定な分子を作らないように合成することによりArFエキシマレーザー用のガラスを製造し、使用に供していた。ところが、真空紫外光の透過特性は、シリカガラス中のOH基量が少ないものほど良いことが知られており、使用波長がより短波長の真空紫外(以降VUVと記す)領域になると、OH基による吸収が該紫外光の透過を邪魔するため、OH基を多量に含むシリカガラスは、波長172nmのXe2*エキシマランプや波長が157nmのF2エキシマレーザー用光学材料としては適さない。
【0003】
一方、骨格構造の壊裂防止のためにはOH基量を高くする方法の他に、水素処理を施して水素を溶存させる方法も好ましいとされてきた。
【0004】
しかしながら、H2放出後の耐久性に問題があるばかりか、骨格構造と反応して、≡Si−H HO−Si≡構造を生成するために、長時間使用時に耐久性が著しく悪くなる。また、ランプ用管球材料として使用する場合、管球中にH2,H2Oが放出されるとともに欠陥構造が生じてしまうため、光透過率の低下に伴うランプ光強度の低下が起きる、等の問題が提起されている。
【0005】
これら以外に、VUV用の光学材料としてフッ素をドープする方法が提案されている。フッ素を十分多量にドープするとOH基を多量に含む材料と同様に紫外線耐性が向上するばかりか、OH基による真空紫外域透過率吸収端の長波長側へのシフトもないため、真空紫外の透過特性に優れた材料を得ることができる。この方法で十分なエキシマレーザー耐性をガラスに付与するためには、数百ppm以上のフッ素をドープする必要があるが、フッ素は屈折率を低下させる働きがあるために、脈理や屈折率分布が生じてしまう。
【0006】
脈理のような光学的な不均一性は、熱処理や溶融伸展などの方法では均一化できないばかりか、フッ素をドープしたシリカガラスは、熱処理に伴なって7.6eVおよび5.0eVの吸収帯が生成してしまう。また、例えばエキシマレーザの光学材として使用した場合、レーザを照射するにしたがって一部のフッ素が遊離し、表面からエッチング性の高いF2として放出され、装置に悪影響を及ぼす。これらの理由から、Fドープシリカガラスは、大口径で高い均質性が要求されるステッパー投影系レンズなどの真空紫外用光学材料としては問題がある。
【0007】
それ故に、OH基含有量を適宜少なくすると、真空紫外線領域での透過率は改善されるが、反対に紫外線照射による透過率の低下(経時変化)が顕著になってくる。このように透過率が時間経過とともに低下すると、透過率の絶対値の問題だけでなく、安定性の問題が生じてくる。例えば、172nmのエキシマランプを使用した光CVDや紫外線ドライクリーニング用の窓材や集光レンズとして使用した場合、紫外線、特に波長が200nm未満のVUV光を照射し続けることにより、徐々に欠陥が発生し、照射時間に比例して紫外線透過率の低下を伴うのが常であった。
【0008】
以上のことから、OH基の含有量が少なく、紫外線を吸収する欠陥、およびその欠陥の前駆体構造がなく、かつ、熱処理やVUV光を照射し続けても欠陥やその前駆体構造が発生しない合成シリカガラスが、優れた紫外線の透過性を示すものと考えることができるが、そのような合成シリカガラスからなる紫外線用光学材料は未だ実用化には至っていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の目的は、 紫外領域での透過率、特にF2エキシマレーザーの発振波長である157nmに対する透過率が良く、しかもコンパクションや光透過率の変化などの無い光学的に安定な材料であるとともに、高温での熱処理やVUV光を照射し続けても光吸収が生じたり均質性が悪くならない合成シリカガラスからなる紫外線用光学材料を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、安定した紫外線光学材料を得るための様々な検討をおこなった結果、四塩化ケイ素の酸水素火炎中での加水分解して得られたスートを堆積させて生成した多孔質シリカ母材を1100〜1450℃と比較的低温で加熱処理した後、さらに高温で焼結ガラス化する合成シリカガラスのを製造方法(以降、スート法と略記する)において、シリカ多孔質体(以降、スートと略記する)を焼結透明化前に十分な時間をかけて緻密化し、さらにゆっくりと透明化することにより、ガラス内の仮想温度(以降TFと記す)の分布(以降ΔTFと記す)が小さくなり、その結果として波長157nmの透過率の高い、かつ安定した紫外線用光学材料が得られることを見出した。この方法により、ΔTF≦50℃、OH基含有量が30〜40ppm、Cl濃度が1ppm未満であり、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は各元素が10ppb未満、それらの合計量が50ppb以下であり、波長157nmの紫外線の透過率が光路長10mmで50%以上である合成シリカガラスからなる紫外線用光学材料が得られる。
【0011】
上記製造方法のうち、特にこの加熱処理の条件を調整することにより、波長157nmの紫外線の透過率が光路長10mmで60%以上の合成シリカガラスが得られる。
【0012】
紫外線用の光学材料としては、長時間の照射によって吸収の生じないことが必要となる。紫外線照射により生じるE’センターと呼ばれる≡Si・構造が215nmにピークを持つ吸収帯の原因として知られている。この他の吸収帯の原因として波長245nmにピークをもつ酸素空孔≡Si…Si≡や230nmにピークを持つ水素関連のE’センター(Eβ’センター)が知られている。これら欠陥構造の前駆体が光学材料を製造する素材に存在していると、紫外線照射により吸収帯が生成する。
【0013】
このほかに吸収帯生成の原因として、歪んだSi−O−Si結合の壊裂による欠陥生成もある。例えば、歪んだ≡Si―O−Si≡構造が存在すると、
≡Si―O−Si≡→≡Si…Si≡ (1)
により欠陥が生成する。このとき、E’センターとともに生成する≡Si―O・は非架橋酸素空孔欠陥(NBOHC)とよばれ625nmおよび260nmの吸収帯の原因となる。
【0014】
このほかの吸収帯生成の原因として、本願発明者等は≡Si―H H−O−Si≡を提案した。この前駆体は、歪んだSi−O−Si結合と水素ガスがガラス合成時に反応して生じるものと考えられる。
【0015】
これに紫外線を照射すると、
≡Si―H H−O−Si≡ → ≡Si・ H−O−Si≡+H (2)
によりE’センターが生成する。
【0016】
これらの前駆体の生成防止や歪んだSi−O−Si結合の壊裂による欠陥生成を防止するためには、歪んだボンド自身を少なくしてやればよい。そのための一つの手段として、Si−OHの量を多くすることにより、SiO2の骨格構造の歪みを低減し、欠陥の生成を防止できることを示した。
【0017】
しかしながら、OH基は真空紫外線領域に吸収をもち、歪低減のためのOH基多量導入は、同時に真空紫外線に対する透過率の低下をもたらす。そこで、本願発明者らは、紫外線に対する光透過率、特にF2エキシマレーザーの波長157nmにおける透過率が良く、劣化が少ない、かつ、高温での熱処理による構造変化が少なく、ランプ用光学材料としても耐久性の良い合成シリカガラスはどのようなものであれば良いのか、様々な製法により得られた合成シリカガラスについて調べたところ、以下のことが判明した。
【0018】
▲1▼四塩化珪素の酸水素火炎中での加水分解を比較的低温で実施し、シリカ微粒子からなる多孔質体を合成した後、さらに高温で焼結ガラス化して合成シリカガラスを製造する方法(以降スート法と略記する)により得られた合成シリカガラス(OH基=80ppm)の真空紫外透過特性は、四塩化珪素の酸水素火炎加水分解により、直接堆積ガラス化して合成シリカガラスを製造する方法(以降直接法と略記する)で製造された合成シリカガラス(OH基=1200ppm)のそれよりも優れる。
【0019】
▲2▼スート法によって得られた合成シリカガラスであっても、塩素(塩素含有化合物ガスを含む)による脱水処理を施して得られたガラス(OH基≦1ppm)の真空紫外透過特性は、直接法によって得られた合成シリカガラス(OH基=1200ppm)のそれより劣る。
【0020】
▲3▼スート法によって得られた合成シリカガラスであり、塩素処理を施さず、還元性ガスによる脱水処理を施したガラス(OH基≦10ppm)の真空紫外透過特性は、脱水処理を施さないスート法による合成シリカガラス(OH基=80ppm)のそれより劣る。
【0021】
これらの事実から次のようなことが考えられる。まず、合成シリカガラスにおいても、スート法によって得られたものと、直接法によって得られたものとでは、OH基含有量が大きく異なる。OH基は真空紫外域に吸収を持つことが知られており、OH基量の差がそのまま真空紫外域の透過特性の差となっているものと考えられる。
【0022】
ついで、同じスート法によって得られた合成シリカガラス間での差については、次のように考えられる。スート法によって得られたシリカ多孔質母材には%オーダーの水分が存在するが、これを燒結して得たガラスにはppmオーダーの水分(OH基)しか存在しない。これは、焼結の進行に伴い、ガラス微粒子表面に存在するOH基同士が会合してH2Oとして解離するためと考えられる。この焼結の進行するときに、雰囲気中に脱水効果を有するガスが存在すると、表面上の任意のOH基を置換、あるいは、奪取するため、短時間のうちにOH基濃度を低減することができる。
【0023】
しかしながら、このときガラス構造中に欠陥、あるいは、その前駆体が生成する、また同時に、ガラス骨格を形成するSi−O−Si結合も歪めらるものと考えられる。結合に歪が発生すると、前述したように欠陥が生成し、結果としてVUV光の透過特性を損なうものと考えられる。この結合の歪は、TF、ΔTFによって考えることが出来る。
【0024】
ここでいうΔTFとは、ガラス内でのTFの最高と最低の差を示すものである。TFは、ガラス構造、すなわちSi−O−Si結合の角度を示す指標であり、熱履歴によって大きく変化する。TFが異なるということは、ガラスを構成するSiO2の構造が異なる、すなわち、SiO2で構成された正四面体の結合角が異なることを示す。TFの分布が大きいということは、結合角の分布も大きいことを示し、結合の歪が大きいことを意味する。つまり、ΔTFが大きいと、より安定度の小さな結合が多く、安定度の小さな結合ほどSi−O−Siの結合歪が強く、欠陥の前駆体となりやすいことを示す物である。したがって、ΔTFを小さくすることによって結合の歪は緩和され、欠陥の前駆体も発生しにくくなり、VUV光の透過特性も向上する。
【0025】
ΔTFを小さくするためには、シリカ多孔質体を十分長い時間をかけて加熱処理し、ゆっくりと焼結を進行させる必要がある。このようにして得られたΔTFの小さなシリカガラスは、結合の歪が極めて少なく、急激なOH基置換や奪取がなく、会合したOH基同士の縮合によってのみ脱水が進行しており、縮合脱水のために十分な時間をかけることにより、最終的にはOH基が極めて少ないガラスとなり、そのようなガラスは、VUV透過特性に優れ、欠陥、および、その前駆体も少ない安定なガラスである。
【0026】
上記OH基量ならびに結合歪量(=ΔTF)以外のVUV透過特性、および、その安定性を阻害する要素として、Cl、および、金属不純物がある。
【0027】
Clを含有するとSiClが前駆体となって、E’センターが生じるとともに、SiClが真空紫外線の波長領域に吸収をもつために、実質的にClを含まないものが良く、1ppm未満のものが好ましい。
【0028】
金属不純物も直接吸収帯生成の原因となるとともに、E’センターなどの欠陥構造の生成を促進するため実質的に含まれない材料が好ましい。具体的には、金属不純物の総合計が50ppb以下であることが好ましい。また、各元素の濃度が10ppb未満であることが好ましい。
【0029】
一方、安定な光学材料としては、透過率の絶対値が高く、経時変化の少ないものが望ましいが、現実問題として、ある程度の透過率低下が避けられない場合が考えられる。この場合でも、透過率の経時変化がなければ、安定な光学材料として使用可能である。たとえば、照射時間が長時間にわたる場合において、照射初期には透過率の低下が見られても、光照射を続けるうちに透過率の低下が止まり、安定になる光学材料であれば、あらかじめ光学部品として加工する前に紫外線を十分に照射してから使用に供すれば良い。
【0030】
スート法では、ガラス化時にスート表面が融着する際に欠陥の前駆体が生成する。しかしながら、この前駆体はスート表面に局在しているために、そこから発生する欠陥の数は限られている。
【0031】
そのため、スート法により得られるガラスは、紫外線の照射により欠陥を生成するが、その生成量には限りがあるため、欠陥量が飽和するのに十分な時間紫外線を照射することにより、新たな欠陥が生成しなくなる。このようなガラスは、紫外線照射後は紫外線透過率が一定となる(経時変化がなくなる)。この時の真空紫外線の波長は、165〜300nmが好ましく、さらに、170〜250nmが好ましい。これよりも長波長の紫外線では、安定化するための処理時間が現実的なスケールを超える。また、逆にこれよりも短波長の紫外線では、新たな欠陥構造が生じやすくなる。使用する波長の紫外線を直接照射することが最も好ましいが、処理のスールプットや光源のコストを考慮して適当な方法を選ぶことが好ましい。
【0032】
透過率安定化のための具体的な照射の光源としては、KrFやArFなどのエキシマレーザー、Xe2*などのエキシマランプや水銀ランプなどが例示される。
【0033】
本発明を具体的に説明する。
【0034】
ガラス生成化合物としては、ガス化可能な高純度の珪素化合物であればよい。
これらの原料を用いて、次の工程からなる方法でガラスを作製する。
【0035】
(1)ガラス生成原料を火炎加水分解して、生成するシリカ微粒子を出発部材に堆積ガラス化させて多孔質シリカ母材を形成する工程
(2)前記多孔質シリカ母材を適当なガス雰囲気下で透明ガラス化温度以下の温度領域で一定時間保持する工程
(3)前記加熱処理された多孔質シリカ母材を透明ガラス化して石英ガラス体を得る工程。
【0036】
工程(2)での熱処理温度と熱処理時間及び/又は雰囲気を適当に制御することにより、ΔTFならびにOH含有量を制御することができる。そのための手段の例として、たとえば、窒素ガス雰囲気中で十分長時間加熱処理する方法、処理時間を比較的短時間にして、適当な濃度のCOとN2の混合ガス、あるいはH2とN2の混合ガス中で熱処理する方法があげられるが、効果の点からはCOガス含有雰囲気が、また、処理ガスの取り扱い易さからは窒素ガス雰囲気で熱処理する方法が好ましい。熱処理時間は、被処理物の大きさにより異なるが、ガラスになった場合の大きさにして3cm角程度の大きさであれば3時間程度の熱処理で効果が得られる。前記還元性ガスを使用の場合、OH低減のためには効果的であるが、処理の長時間化により、ガラス内に酸素欠乏欠陥を生成する傾向にある。そのため、還元性ガス雰囲気中での処理時間は32時間以内にとどめることが望ましい。熱処理温度としては、1100℃より低いと、スートの緻密化によるスート表面での欠陥生成防止に十分な効果が得られず、1450℃を超えると、長時間の加熱処理により透明ガラス化が進行してしまうため、1100〜1450℃とする必要がある。この場合、1300℃未満の場合では、脱OHの効果としては十分でないが、例えば、COとN2の混合ガス中もCO比率を高めた処理ガス中で時間をかけて熱処理することで、OH基濃度を制御しながらスート内部での欠陥構造の緩和を図ることが出来る。その後、1450〜1600℃で加熱処理する工程(3)により、紫外線を照射した場合に生じる欠陥が短時間で飽和に達し、それ以降の連続した照射に対しても透過率の低下がない等、欠陥が一定量となる透明なシリカガラスを得ることが出来る。
【0037】
さらに具体的には、工程(2)は、透明化するに至らない温度、すなわち、1200℃〜1350℃、好ましくはさらに高い温度域が有効で、1250℃〜1350℃でその最高温度において16時間以上216時間以下、好ましくは24時間以上144時間以下、多孔質シリカ母材の表面及び内部の不安定な前駆体を除去し内部の欠陥生成の防止を効果的にかつ均一に行うために、さらに好ましくは32時間以上144時間以下、加熱処理(第1の熱処理)をおこなう。216時間以下としたのはこれ以上の熱処理でガラス化してしまったためで、144時間以下としたのは昇温速度との組合せ条件にもよるが、処理効果としては144時間以上としてもさして変わらなかったためである。
【0038】
この際の雰囲気としては、N2あるいはHeもしくは該ガスを他の不活性ガスで希釈したガスを用いる。還元性ガスを用いることによって、より効果的なOH低減が期待されるが、長時間の処理によりガラス内に欠陥が生じるため、還元性ガス雰囲気中での処理は上記処理時間の内の32時間以内に留めることが望ましい。
【0039】
また、上記熱処理温度までの昇温速度も室温〜500℃までは100℃/h以上1500℃/h以下、好ましくは100℃以上1000℃/h以下、さらに好ましくは100℃/h以上500℃/h以下、500〜1000℃までは50℃/h以上1000℃/h以下、好ましくは50℃以上500℃/h以下、さらに好ましくは50℃/h以上200℃/h以下、1000〜1200℃までは5℃/h以上200℃/h以下、好ましくは5℃以上100℃/h以下、さらに好ましくは5℃/h以上50℃/h以下、1200〜1350℃までは1℃/h以上100℃/h以下、好ましくは1℃以上50℃/h以下、さらに好ましくは1℃/h以上40℃/h以下、とする。
【0040】
このとき、1000〜1200℃、特に1200〜1350℃への昇温は温度が高く多孔質シリカ母材の表面における焼結の進行が速まるため、よりゆっくりと上述の条件で昇温してやることが効果的である。
【0041】
第1の熱処理により、多孔質シリカ母材の平均かさ密度を、1.4g/cm3以上、好ましくは1.8g/cm3以上、さらに好ましくは2.0g/cm3以上でしかも2.20g/cm3以下にし、径方向の密度分布Δρ(最も高いかさ密度−最も低いかさ密度)を0.4g/cm3以下、好ましくは0.3g/cm3以下、さらに好ましくは0.2g/cm3以下に整える。
【0042】
引き続いておこなう工程(3)の透明化処理も、第1の熱処理を終了した多孔質シリカ母材が、1000℃以上の温度領域において、1450℃〜1550℃の間に設定された透明化温度に至るまで、150℃/h以下、好ましくは120℃/h以下、さらに好ましくは100℃/h以下の速度で加熱されるようにおこなう。
【0043】
このようにして得られた合成シリカガラスは、ΔTF≦50℃、スート中の会合したOH基同士の縮合のみによって脱水されたOH基含有量が1〜40ppmのものであり、これが波長157nmの紫外線透過率が光路長10mmで60%以上という優れた性質を示すことを知見した。同じくF2エキシマレーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下である。なお、コンパクションとは、この場合紫外エキシマレーザー光で誘起される高密度化現象に起因する屈折率変化、面変化を言う。
【0044】
また、Clを含有するとSiClが前駆体となって、E'センターが生じるとともに、SiClが157nmの波長領域に吸収をもつために、実質的にClを含まないものが良く、1ppm未満のものが好ましい。金属不純物も直接吸収帯生成の原因となるとともに、E'センターなどの欠陥構造の生成を促進するため実質的に含まれない材料が好ましい。具体的には、金属不純物の総合計が50ppb以下であることが好ましい。また、各元素の濃度が10ppb未満であることが好ましい。
【0045】
こうして得られた合成シリカガラスは、従来になく優れた真空紫外光の透過性・耐久性を有し、さらに、熱処理に対しても安定な上、γ線等の放射線照射にも強く、均質性も高い、という特徴を有する。
【0046】
均質性は多孔質シリカ母材を充分な時間をかけて徐々に昇温熱処理することで、内外差のない屈折率分布が得られることによるものと思われるが、屈折率差(△n)であらわされる均質性が、φ=200mmの範囲において、△n≦2×10-6の合成シリカガラスが得られた。
【0047】
また、粘度も溶融石英ガラス並に高いものが得られるため、光学材料以外にも半導体製造用構造材料など様々な用途に使用することができる。
【0048】
【実施例】
以下に、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0049】
実施例1
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0050】
1300℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200〜1300℃まで5℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は32時間とした。
【0051】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、2.10g/cm3であった。
【0052】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0053】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量で50ppb未満であった。
【0054】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0055】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルA1、A2とした。
【0056】
サンプルA1およびA2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ40、30ppmであった。
【0057】
サンプルA1およびA2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、両者の差(=仮想温度分布)ΔTFは10℃であった。
【0058】
サンプルA1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は65%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0059】
実施例2
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でヘリウムガス雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0060】
1300℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200〜1300℃まで5℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は38時間とした。
【0061】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、2.10g/cm3であった。
【0062】
次いで、加熱処理された多孔質母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0063】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb未満であった。
【0064】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0065】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルB1、B2とした。
【0066】
サンプルB1およびB2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ40、30ppmであった。
【0067】
サンプルB1およびB2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0068】
サンプルB1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は65%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0069】
実施例3
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1200℃で加熱処理をおこなった。
【0070】
1200℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200℃での保持時間は84時間とした。
【0071】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、2.15g/cm3であった。
【0072】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0073】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb未満であった。
【0074】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0075】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルC1、C2とした。
【0076】
サンプルC1およびC2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ20、10ppmであった。
【0077】
サンプルC1およびC2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0078】
サンプルC1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は75%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0079】
実施例4
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でヘリウムガス雰囲気下、1200℃で加熱処理をおこなった。
【0080】
1200℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/hの速度で昇温し、1200℃での保持時間は96時間とした。
【0081】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、2.15g/cm3であった。
【0082】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0083】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量は50ppb以下であった。
【0084】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0085】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルD1、D2とした。
【0086】
サンプルD1およびD2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ15、5ppmであった。
【0087】
サンプルD1およびD2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0088】
サンプルD1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は80%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0089】
実施例5
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0090】
1300℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200〜1300℃まで5℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は38時間とした。
【0091】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、2.10g/cm3であった。
【0092】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が50℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0093】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb以下であった。
【0094】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0095】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルE1、E2とした。
【0096】
サンプルE1およびE2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ30、20ppmであった。
【0097】
サンプルE1およびE2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0098】
サンプルE1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は70%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0099】
比較例1
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1150℃で加熱処理をおこなった。
【0100】
1150℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1150℃まで10℃/hの速度で昇温し、1150℃での保持時間は32時間とした。
【0101】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、0.70g/cm3であった。
【0102】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0103】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb以下であった。
【0104】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=8.0×10-6であった。
【0105】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルF1、F2とした。
【0106】
サンプルF1およびF2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ170、100ppmであった。
【0107】
サンプルF1およびF2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは80℃であった。
【0108】
サンプルF1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は5%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は50%、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は10×10-6、複屈折の変化量は10nm/cmであった。
【0109】
比較例2
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0110】
1300℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200〜1300℃まで5℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は12時間とした。
【0111】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、1.20g/cm3であった。
【0112】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0113】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb以下であった。
【0114】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=5.0×10-6であった。
【0115】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルG1、G2とした。
【0116】
サンプルG1およびG2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ100、80ppmであった。
【0117】
サンプルG1およびG2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは60℃であった。
【0118】
サンプルG1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は30%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は40%、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は5×10-6、複屈折の変化量は5nm/cmであった。
【0119】
比較例3
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0120】
1300℃までの昇温は、500℃まで500℃/h、500〜1000℃まで100℃/h、1000〜1200℃まで10℃/h、1200〜1300℃まで5℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は16時間とした。
【0121】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、1.40g/cm3であった。
【0122】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が200℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0123】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量が50ppb以下であった。
【0124】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=6.0×10-6であった。
【0125】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルH1、H2とした。
【0126】
サンプルH1およびH2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ90、60ppmであった。
【0127】
サンプルH1およびH2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは70℃であった。
【0128】
サンプルH1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は35%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は40%、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は7×10-6、複屈折の変化量は7nm/cmであった。
【0129】
比較例4
公知の方法により、精製された四塩化ケイ素を酸水素火炎中で加水分解させて、直径400mm、長さ1000mmの多孔質シリカ母材を作製した。この多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えた均一加熱式電気炉でN2雰囲気下、1300℃で加熱処理をおこなった。
【0130】
1300℃までの昇温は、1000℃まで1800℃/h、1000〜1200℃まで500℃/h、1200〜1300℃まで200℃/hの速度で昇温し、1300℃での保持時間は16時間とした。
【0131】
処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度は、1.30g/cm3であった。
【0132】
次いで、加熱処理された多孔質シリカ母材を、炉芯管を備えたゾーン加熱式電気炉で、ヘリウムガス雰囲気中にて1500℃のゾーンに多孔質シリカ母材の昇温速度が100℃/hとなるような速度で引き下げて透明ガラス化をおこなった。
【0133】
得られたガラスの一部を38%フッ酸に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量は50ppb以下であった。
【0134】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=6.0×10-6であった。
【0135】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルI1、I2とした。
【0136】
サンプルI1およびI2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ100、70ppmであった。
【0137】
サンプルI1およびI2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは70℃であった。
【0138】
サンプルI1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は30%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は30%、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は6×10-6、複屈折の変化量は6nm/cmであった。
【0139】
実施例6
均一加熱式電気炉での処理をNガス雰囲気中で1350℃で16時間加熱処理した後、引き続き1350℃で保持したまま、Nガス雰囲気中にて38時間加熱処理し、処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度を、2.18g/cm3にした以外は実施例1と同じ方法で透明シリカガラスを得た。
【0140】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であった。
【0141】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0142】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルJ1、J2とした。
【0143】
サンプルJ1およびJ2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ30、20ppmであった。
【0144】
サンプルJ1およびJ2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0145】
サンプルJ1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は70%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0146】
実施例7
均一加熱式電気炉での処理をN2ガス雰囲気中で16時間処理した後、引き続き温度を保持したまま、CO/N2混合ガス雰囲気(混合容量比=10:90)にて8時間加熱処理し、処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度を、1.80g/cm3にした以外は実施例1と同じ方法で透明シリカガラスを得た。
【0147】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量は50ppb以下であった。
【0148】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0149】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルK1、K2とした。
【0150】
サンプルK1およびK2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ40、30ppmであった。
【0151】
サンプルK1およびK2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0152】
サンプルK1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は74%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0153】
実施例8
均一加熱式電気炉での処理雰囲気をH2/N2混合ガス(混合容量比=10:90)にして加熱処理時間を15時間にし、処理後の多孔質シリカ母材の平均かさ密度を、1.40g/cm3にした以外は実施例1と同じ方法で透明シリカガラスを得た。
【0154】
得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の1ppm未満であった。さらに、ガラス中に含まれる不純物の定量分析を、ICP質量分析計を用いておこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素で10ppb未満であり、総量は50ppb以下であった。
【0155】
得られたガラスの径方向における均質性は、φ=200mmの領域において、Δn=1.0×10-6であった。
【0156】
得られたガラスの、径方向の中心および外側(中心より100mm位置)から10×10×30mmの試験片を切り出し、対向する2面を光学研磨し、それぞれサンプルL1、L2とした。
【0157】
サンプルL1およびL2に含まれるOH基量を、赤外分光光度計を用い、2.73μmの吸収強度から求めたところ、それぞれ45、35ppmであった。
【0158】
サンプルL1およびL2の仮想温度(TF)を赤外反射スペクトルの1120cm-1付近のピーク位置から求めたところ、ΔTFは10℃であった。
【0159】
サンプルL1の光学研磨面に波長157nmのF2エキシマレーザーを、エネルギー密度10mJ/cm2・pulse、繰り返し周波数1000Hzで照射したところ、透過率は65%であった。レーザーを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下は1%未満、コンパクションの指標である照射前後の屈折率差は1×10-6以下、複屈折の変化量は1nm/cm以下であった。
【0160】
以下の表1にサンプルA〜Lの加熱条件、透明化条件、OH濃度、Cl濃度、ΔTF、157nmの初期透過率、および、レーザ耐性を示す指標として、F2エキシマレーザを1×106pulses照射後の157nmにおける透過率低下の度合いを示した。
【0161】
【表1】

Figure 0004531904
【0162】
表中の初期透過率及び照射後低下透過率は以下の式から計算した。
【0163】
初期透過率(%)=(T1/T0)×100
1=サンプル透過パルス強度(F2レーザ照射開始時)
0=ブランクパルス強度
照射後低下透過率ΔT=TA−TB
A=(T1/T0)×100
B=(T2/T0)×100
1=サンプル透過パルス強度(F2レーザ照射開始時)
0=ブランクパルス強度
2=サンプル透過パルス強度(F2レーザ10mJ/cm2
1×106pulses照射後)
実施例9
実施例6で得られたガラスからさらに10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルM1、M2とした。
【0164】
サンプルM1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、
照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約55%に低下したが、そのまま照射を続けても、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0165】
サンプルM2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下した。サンプルM2は、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約83%に低下したが、その後107ショットまで照射を続けたところ、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0166】
実施例10
実施例7で得られたガラスからさらに10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルN1、N2とした。
【0167】
サンプルN1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約60%に低下したが、そのまま照射を続けても、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0168】
サンプルN2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下した。サンプルN2は、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約85%に低下したが、その後107ショットまで照射を続けたところ、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0169】
実施例11
実施例8で得られたガラスからさらに10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルO1、O2とした。
【0170】
サンプルO1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約50%に低下したが、そのまま照射を続けても、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0171】
サンプルO2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下した。サンプルO2は、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約80%に低下したが、その後107ショットまで照射を続けたところ、それ以上の透過率低下は見られなかった。
【0172】
比較例5
比較例3で得られたガラスからさらに10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルP1、P2とした。
【0173】
サンプルS1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約45%に低下した。そのまま照射を続けると、透過率は徐々に低下し、一定となることはなかった。
【0174】
サンプルP2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下し、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約79%に低下し、その後107ショットまで照射を続けたところ、透過率は徐々に低下し、安定することはなかった。
【0175】
比較例6
比較例4で得られたガラスからさらに10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルQ1、Q2とした。
【0176】
サンプルS1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約45%に低下した。そのまま照射を続けると、透過率は徐々に低下し、一定となることはなかった。
【0177】
サンプルQ2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下し、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約79%に低下し、その後107ショットまで照射を続けたところ、透過率は徐々に低下し、安定することはなかった。
【0178】
比較例7
四塩化ケイ素を原料とし、これを酸水素火炎中で加水分解させ、1600℃以上の温度で直接堆積ガラス化させる直接法により、合成シリカガラスを得た。得られたガラスの大きさは、直径200mm長さ1200mmであった。ガラスに含まれるOH基量を赤外吸収スペクトルの2.73μmにおける吸収強度から求めたところ、700ppmであった。また、得られたガラスの一部を38%フッ酸中に溶解して塩素の定量分析をおこなったところ、ガラス中の塩素濃度は検出限界以下の150ppmであった。さらにICP質量分析計を用いてガラス中に含まれる不純物の定量分析をおこなったところ、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は、全ての元素について10ppb未満であり、それらの合計量は50ppb以下であった。
【0179】
得られたガラスから10×10×30mmの試験片を2個切り出し、2面を光学研磨し、それぞれサンプルR1、R2とした。
【0180】
サンプルR1に波長172nmの誘電体バリア放電エキシマランプの光を真空中で照射したところ、照射時間の増加とともにランプ光の透過率が低下した。透過率は照射開始後約100時間で初期透過率の約75%に低下した。そのまま照射を続けると、透過率は徐々に低下し、一定となることはなかった。
【0181】
サンプルR2に波長193nmのArFエキシマレーザーを、エネルギー密度100mJ/cm2・パルス、繰り返し周波数100Hzで照射した。レーザー光の透過率は、照射時間の増加とともに低下し、照射数106ショットで透過率が初期透過率の約92%に低下し、その後107ショットまで照射を続けたところ、透過率は徐々に低下し、安定することはなかった。
【0182】
図1にサンプルM〜Rにおけるエキシマランプの照射時間による透過率の変化、図2にサンプルM〜RにおけるArFエキシマレーザーショット数による透過率の変化を示す。
【0183】
以上の実施例9〜11及び比較例8〜10の図1〜2より明らかな様に、ガラス中のOH基濃度を1〜70ppmとすることによって、エキシマランプやエキシマレーザーなどの紫外線を一定量照射した後は、紫外線照射による透過率の低下は起こらず、経時変化の無い安定した透過率を示すシリカガラスを得ることができる。
【0184】
【発明の効果】
以上説明したごとく本発明によれば、スート法で合成したスートを透明化する前にN2あるいは還元性ガス雰囲気下でスート中の会合したOH基同士のみの縮合が生じるような条件で充分時間をかけて熱処理することにより、仮想温度分布が小さく、不安定な前駆体がの除去され、スート内部での欠陥生成も抑制された、ガラス中のOH基濃度が1〜70ppm、Cl濃度が1ppm未満であり、アルカリおよびアルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属不純物濃度は各元素が10ppb未満、それらの合計量が50ppb以下であり、波長160〜300nmの紫外線を照射し続けても172〜200nmにおける透過率が40%以上、波長157nmという短波長の光に対して60%以上という高い透過率を示す優れた特性の合成シリカガラスからなる紫外線用光学材料を提供することができる。
【0185】
また、熱処理による構造変化が少ないため、屈折率の均質性が良い材料が容易に得られるばかりでなく、コンパクションも小さいため、F2レーザーを用いたリソグラフィー用光学素材として適している。このほか、OH基含有量が低いため、放射線耐性が良く、放射能を持った原子炉内を観察するためのイメージファィバーや放射線暴露下での通信用光ファイバーとしても利用が可能である。また、高温での粘度が高いために半導体製造用の超高純度素材としても利用が可能である。
【0186】
さらに、熱サイクルによる寸法変化が少ないことから、ポリシリコンTFT用の基板材料としても使用可能である。また、ガス放出量が極めて少なく、劣化も少ないために各種ランプ用管球材料としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】サンプルM〜Rにおけるエキシマランプの照射時間による透過率の変化を示す図である。
【図2】サンプルM〜RにおけるArFエキシマレーザーショット数による透過率の変化を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical material for ultraviolet rays comprising a transparent silica glass used for lithography, photo-CVD, optical cleaning, etc. using a light source in a wavelength region of approximately 160 to 300 nm, and a method for producing the same. More specifically, excimer lasers in the vacuum ultraviolet to ultraviolet region, lenses with high transmittance for excimer lamp light, photomask substrates for VLSI, prisms, window materials, optical materials for ultraviolet rays made of transparent silica glass such as lamp materials, In particular, F with a wavelength of 157 nm2The present invention relates to an optical material for ultraviolet rays made of transparent silica glass for excimer laser.
[0002]
[Prior art]
Each silica glass currently used has its merits and demerits, and is used according to the purpose. For example, KrF having a wavelength of 248 nm or an optical material for an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm has a sufficiently high OH group content or a high-purity synthetic silica glass subjected to hydrogen treatment ( For example, JP-A-4-97922). This is intended to improve the laser resistance by increasing the amount of SiOH to make the glass network structure flexible. That is, in order to prevent the generation of defects due to the formation of precursors of defect structures and the breakage of distorted Si-O-Si bonds, it is necessary to reduce the number of distorted bonds themselves. By increasing the amount of SiO2The distortion of the skeleton structure is reduced and the generation of defects is prevented. Conventionally, glass for an ArF excimer laser was manufactured by synthesizing so as not to form such an unstable molecule and used. However, it is known that the transmission property of vacuum ultraviolet light is better when the amount of OH groups in the silica glass is smaller, and when the wavelength used is in the vacuum ultraviolet region (hereinafter referred to as VUV) having a shorter wavelength, Silica glass containing a large amount of OH groups has an Xe wavelength of 172 nm because the absorption by UV hinders the transmission of the ultraviolet light.2 *Excimer lamp or F of 157nm wavelength2Not suitable as an optical material for excimer laser.
[0003]
On the other hand, in addition to the method of increasing the amount of OH groups, a method of dissolving hydrogen by hydrogen treatment has been considered preferable for preventing the skeletal structure from being broken.
[0004]
However, H2Not only does it have a problem with durability after release, but it reacts with the skeleton structure to produce a ≡Si—HHO—Si≡ structure, so that the durability is remarkably deteriorated when used for a long time. When used as a lamp tube material, H in the tube2, H2As O is released, a defect structure is generated, and thus problems such as a decrease in lamp light intensity accompanying a decrease in light transmittance have been raised.
[0005]
In addition to these, a method of doping fluorine as an optical material for VUV has been proposed. Doping with a sufficiently large amount of fluorine not only improves the UV resistance in the same way as a material containing a large amount of OH groups, but also does not shift the vacuum UV transmittance absorption edge to the long wavelength side due to the OH groups, so transmission of vacuum ultraviolet light A material having excellent characteristics can be obtained. In order to impart sufficient excimer laser resistance to glass by this method, it is necessary to dope several hundred ppm or more of fluorine, but since fluorine functions to lower the refractive index, striae and refractive index distribution Will occur.
[0006]
Optical non-uniformity such as striae cannot be made uniform by methods such as heat treatment and melt extension, and fluorine-doped silica glass has absorption bands of 7.6 eV and 5.0 eV accompanying heat treatment. Will be generated. For example, when used as an optical material for an excimer laser, a part of fluorine is liberated as the laser is irradiated, and F is highly etched from the surface.2Is discharged as a negative effect on the device. For these reasons, F-doped silica glass has a problem as an optical material for vacuum ultraviolet, such as a stepper projection system lens that requires a large diameter and high homogeneity.
[0007]
Therefore, if the OH group content is appropriately reduced, the transmittance in the vacuum ultraviolet region is improved, but conversely, the decrease in transmittance (change with time) due to ultraviolet irradiation becomes significant. Thus, when the transmittance decreases with time, not only the absolute value of the transmittance but also the stability problem arises. For example, when used as a window material or condensing lens for optical CVD or ultraviolet dry cleaning using an excimer lamp of 172 nm, defects are gradually generated by continuing to irradiate ultraviolet rays, particularly VUV light having a wavelength of less than 200 nm. However, it was usually accompanied by a decrease in the ultraviolet transmittance in proportion to the irradiation time.
[0008]
From the above, the content of OH groups is small, there is no defect that absorbs ultraviolet rays, and there is no precursor structure of the defect, and no defect or precursor structure is generated even if heat treatment or VUV light is continuously irradiated. Although it can be considered that synthetic silica glass exhibits excellent ultraviolet transmittance, an optical material for ultraviolet rays made of such synthetic silica glass has not yet been put into practical use.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to transmit the transmittance in the ultraviolet region, particularly F2It is an optically stable material with good transmittance for the excimer laser oscillation wavelength of 157 nm, and it does not change compaction or light transmittance, and absorbs light even when heat treatment at high temperature or irradiation with VUV light continues. It is an object of the present invention to provide an optical material for ultraviolet rays made of a synthetic silica glass which does not cause the occurrence of deterioration or homogeneity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various studies for obtaining a stable ultraviolet optical material, the inventors of the present application have made porous silica produced by depositing soot obtained by hydrolyzing silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame. In a manufacturing method (hereinafter abbreviated as soot method) of synthetic silica glass that is heat-treated at a relatively low temperature of 1100 to 1450 ° C. and then vitrified at a higher temperature, a porous silica (hereinafter referred to as a soot method) The soot (which is abbreviated as soot) is densified over a sufficient amount of time before being transparent, and then further slowly transparentized, so that the fictive temperature (hereinafter referred to as TF) distribution in the glass (hereinafter referred to as ΔTF) is obtained. As a result, the present inventors have found that a stable optical material for ultraviolet rays having a high transmittance at a wavelength of 157 nm can be obtained. By this method, ΔTF ≦ 50 ° C., OH group content is 30 to 40 ppm, Cl concentration is less than 1 ppm, alkali and alkaline earth metals, transition metals, and other metal impurity concentrations are less than 10 ppb for each element. The optical material for ultraviolet rays which consists of synthetic silica glass whose total amount is 50 ppb or less and whose transmittance | permeability of the ultraviolet-ray with a wavelength of 157 nm is 10 mm or more in optical path length 10mm is obtained.
[0011]
By adjusting the conditions of the heat treatment among the above production methods, a synthetic silica glass having an ultraviolet light transmittance of 157 nm and an optical path length of 10 mm and 60% or more can be obtained.
[0012]
As an optical material for ultraviolet rays, it is necessary that absorption does not occur due to irradiation for a long time. It is known that the ≡Si structure called E 'center caused by ultraviolet irradiation has an absorption band having a peak at 215 nm. As other causes of the absorption band, oxygen vacancies ≡Si..., Si≡ having a peak at a wavelength of 245 nm and hydrogen-related E ′ centers (Eβ ′ centers) having a peak at 230 nm are known. When these defect structure precursors are present in a material for producing an optical material, an absorption band is generated by ultraviolet irradiation.
[0013]
In addition to this, as a cause of the generation of absorption bands, there is also defect generation due to the fracture of strained Si—O—Si bonds. For example, when a distorted ≡Si—O—Si≡ structure exists,
≡Si-O-Si≡ → ≡Si ... Si≡ (1)
As a result, a defect is generated. At this time, ≡Si—O. Produced together with the E ′ center is called a non-bridging oxygen vacancy defect (NBOHC) and causes an absorption band of 625 nm and 260 nm.
[0014]
As another cause of the generation of the absorption band, the present inventors have proposed ≡Si—H H—O—Si≡. This precursor is considered to be produced by a reaction between a distorted Si—O—Si bond and hydrogen gas during glass synthesis.
[0015]
When this is irradiated with ultraviolet rays,
≡Si—H H—O—Si≡ → ≡Si · H—O—Si≡ + H (2)
Produces an E 'center.
[0016]
In order to prevent the formation of these precursors and the generation of defects due to the rupture of distorted Si—O—Si bonds, the distorted bonds themselves may be reduced. As one means for that purpose, by increasing the amount of Si-OH, SiO 22It was shown that the generation of defects can be prevented by reducing the distortion of the skeletal structure.
[0017]
However, OH groups have absorption in the vacuum ultraviolet region, and introduction of a large amount of OH groups to reduce strain simultaneously leads to a decrease in transmittance with respect to vacuum ultraviolet rays. Therefore, the inventors of the present application have a light transmittance for ultraviolet rays, particularly F.2What kind of synthetic silica glass should be used as an optical material for lamps with good excimer laser transmittance at a wavelength of 157 nm, little deterioration, and little structural change due to heat treatment at high temperatures? When the synthetic silica glass obtained by various production methods was examined, the following was found.
[0018]
(1) A method of producing a synthetic silica glass by carrying out hydrolysis of silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame at a relatively low temperature to synthesize a porous body composed of silica fine particles, and then forming a sintered glass at a higher temperature. The vacuum ultraviolet transmission characteristics of the synthetic silica glass (OH group = 80 ppm) obtained by (hereinafter abbreviated as the soot method) is directly deposited into glass by oxyhydrogen flame hydrolysis of silicon tetrachloride to produce a synthetic silica glass. This is superior to that of synthetic silica glass (OH group = 1200 ppm) produced by the method (hereinafter abbreviated as direct method).
[0019]
(2) Even if it is a synthetic silica glass obtained by the soot method, the vacuum ultraviolet transmission property of the glass (OH group ≦ 1 ppm) obtained by dehydration treatment with chlorine (including chlorine-containing compound gas) is directly It is inferior to that of the synthetic silica glass (OH group = 1200 ppm) obtained by the method.
[0020]
(3) Synthetic silica glass obtained by the soot method, which has not been subjected to chlorination and dehydrated with a reducing gas (OH group ≦ 10 ppm). It is inferior to that of synthetic silica glass by the method (OH group = 80 ppm).
[0021]
From these facts, the following can be considered. First, in the synthetic silica glass, the OH group content is greatly different between those obtained by the soot method and those obtained by the direct method. OH groups are known to have absorption in the vacuum ultraviolet region, and the difference in the amount of OH groups is considered to be the difference in transmission characteristics in the vacuum ultraviolet region.
[0022]
Next, the difference between the synthetic silica glasses obtained by the same soot method is considered as follows. The silica porous matrix obtained by the soot method has a moisture of the order of%, but the glass obtained by sintering this has a moisture (OH group) of the order of ppm. This is because the OH groups present on the surface of the glass fine particles are associated with each other as the sintering proceeds.2This is thought to be due to dissociation as O. When a gas having a dehydrating effect is present in the atmosphere when this sintering proceeds, the OH group concentration can be reduced within a short time because any OH group on the surface is replaced or taken away. it can.
[0023]
However, it is considered that at this time, defects or precursors thereof are generated in the glass structure, and at the same time, Si—O—Si bonds forming the glass skeleton are also distorted. When distortion occurs in the bond, it is considered that defects are generated as described above, and as a result, the transmission characteristics of VUV light are impaired. This distortion of coupling can be considered by TF and ΔTF.
[0024]
Here, ΔTF indicates the difference between the highest and the lowest TF in the glass. TF is an index indicating the glass structure, that is, the angle of Si—O—Si bond, and varies greatly depending on the thermal history. The difference in TF indicates that the structure of SiO2 constituting the glass is different, that is, the bond angle of a regular tetrahedron made of SiO2 is different. A large TF distribution indicates that the bond angle distribution is also large, which means that the bond distortion is large. That is, when ΔTF is large, there are many bonds with smaller stability, and bonds with lower stability have a stronger Si—O—Si bond strain and are likely to be precursors of defects. Therefore, by reducing ΔTF, bonding distortion is relaxed, defect precursors are less likely to be generated, and VUV light transmission characteristics are improved.
[0025]
In order to reduce ΔTF, it is necessary to heat the porous silica material for a sufficiently long time and to allow the sintering to proceed slowly. The silica glass having a small ΔTF thus obtained has very little bond distortion, does not undergo abrupt OH group substitution or deprivation, and dehydration proceeds only by condensation of associated OH groups. By taking a sufficient amount of time, the end result is a glass with very few OH groups, and such a glass is a stable glass with excellent VUV transmission properties, few defects and its precursors.
[0026]
Elements that inhibit VUV transmission characteristics other than the amount of OH groups and the amount of bond strain (= ΔTF) and their stability include Cl and metal impurities.
[0027]
When Cl is contained, SiCl becomes a precursor, E ′ center is generated, and since SiCl has absorption in the wavelength region of vacuum ultraviolet rays, it is preferable that the material does not substantially contain Cl and is preferably less than 1 ppm. .
[0028]
Metal impurities are also a cause of direct absorption band generation, and materials that are substantially not included are preferable in order to promote generation of defect structures such as E ′ centers. Specifically, the total sum of metal impurities is preferably 50 ppb or less. The concentration of each element is preferably less than 10 ppb.
[0029]
On the other hand, as a stable optical material, a material having a high absolute value of transmittance and a small change with time is desirable. However, as a practical problem, there is a case where a certain decrease in transmittance is unavoidable. Even in this case, if the transmittance does not change with time, it can be used as a stable optical material. For example, in the case where the irradiation time is long, even if a decrease in transmittance is observed at the initial stage of irradiation, if the optical material is such that the decrease in transmittance stops as light irradiation continues and becomes stable, an optical component in advance Before processing, it may be used after being sufficiently irradiated with ultraviolet rays.
[0030]
In the soot method, a precursor of defects is generated when the surface of the soot is fused during vitrification. However, since this precursor is localized on the surface of the soot, the number of defects generated therefrom is limited.
[0031]
Therefore, glass obtained by the soot method generates defects by irradiation with ultraviolet rays, but since the amount of generation is limited, new defects can be obtained by irradiating with ultraviolet rays for a time sufficient to saturate the amount of defects. Will not be generated. Such glass has a constant ultraviolet transmittance after ultraviolet irradiation (no change over time). The wavelength of the vacuum ultraviolet rays at this time is preferably 165 to 300 nm, and more preferably 170 to 250 nm. With ultraviolet light having a longer wavelength than this, the processing time for stabilization exceeds a realistic scale. On the other hand, a new defect structure is likely to be generated with ultraviolet light having a shorter wavelength. Although it is most preferable to directly irradiate ultraviolet rays having a wavelength to be used, it is preferable to select an appropriate method in consideration of processing throughput and the cost of the light source.
[0032]
Specific light sources for stabilizing the transmittance include excimer lasers such as KrF and ArF, and Xe.2 *Excimer lamps and mercury lamps are exemplified.
[0033]
The present invention will be specifically described.
[0034]
The glass-forming compound may be a high-purity silicon compound that can be gasified.
Using these raw materials, glass is produced by a method comprising the following steps.
[0035]
(1) A step of forming a porous silica base material by subjecting a glass-forming raw material to flame hydrolysis, and depositing vitrified silica fine particles on a starting member.
(2) A step of holding the porous silica base material for a certain period of time in a temperature range below the transparent vitrification temperature in an appropriate gas atmosphere.
(3) A step of obtaining a quartz glass body by transparentizing the heat-treated porous silica base material.
[0036]
ΔTF and OH content can be controlled by appropriately controlling the heat treatment temperature and the heat treatment time and / or the atmosphere in step (2). Examples of means for that purpose include, for example, a method of heat treatment in a nitrogen gas atmosphere for a sufficiently long time, a relatively short treatment time, and a suitable concentration of CO and N2Mixed gas or H2And N2A method of heat treatment in a mixed gas is preferable, but a CO gas-containing atmosphere is preferable from the viewpoint of effects, and a method of heat treatment in a nitrogen gas atmosphere is preferable from the viewpoint of easy handling of the processing gas. The heat treatment time varies depending on the size of the object to be treated, but if the size is about 3 cm square when it becomes glass, the effect can be obtained by the heat treatment for about 3 hours. When the reducing gas is used, it is effective for reducing OH, but tends to generate oxygen-deficient defects in the glass due to the longer processing time. Therefore, it is desirable to keep the processing time in the reducing gas atmosphere within 32 hours. When the heat treatment temperature is lower than 1100 ° C., a sufficient effect for preventing the formation of defects on the surface of the soot due to soot densification cannot be obtained, and when it exceeds 1450 ° C., transparent vitrification proceeds due to long-time heat treatment. Therefore, it is necessary to set it as 1100-1450 degreeC. In this case, when the temperature is lower than 1300 ° C., the effect of de-OH is not sufficient.2In this mixed gas, the defect structure inside the soot can be mitigated while controlling the OH group concentration by performing heat treatment in a processing gas having a high CO ratio. Then, by the step (3) of heat treatment at 1450 to 1600 ° C., defects that occur when irradiated with ultraviolet rays reach saturation in a short time, and there is no decrease in transmittance even for subsequent continuous irradiation, etc. A transparent silica glass having a certain amount of defects can be obtained.
[0037]
More specifically, in the step (2), the temperature that does not lead to transparency, that is, 1200 ° C. to 1350 ° C., preferably a higher temperature range is effective, and the maximum temperature is 1250 ° C. to 1350 ° C. for 16 hours. 216 hours or less, preferably 24 hours or more and 144 hours or less, in order to remove the unstable precursors on the surface and the inside of the porous silica base material effectively and uniformly to prevent the generation of internal defects. Preferably, heat treatment (first heat treatment) is performed for 32 hours or more and 144 hours or less. The reason why it was set to 216 hours or less was that it was vitrified by heat treatment longer than this, and 144 hours or less was dependent on the combination conditions with the rate of temperature increase, but the treatment effect was as good as 144 hours or more. This is because.
[0038]
The atmosphere at this time is N2Alternatively, He or a gas obtained by diluting the gas with another inert gas is used. By using the reducing gas, a more effective OH reduction is expected. However, since a defect occurs in the glass due to the long-time treatment, the treatment in the reducing gas atmosphere is performed for 32 hours of the above treatment time. It is desirable to keep within.
[0039]
The rate of temperature rise to the heat treatment temperature is also from 100 ° C./h to 1500 ° C./h, preferably from 100 ° C. to 1000 ° C./h, more preferably from 100 ° C./h to 500 ° C./h, from room temperature to 500 ° C. h or less, 500 to 1000 ° C., 50 ° C./h or more and 1000 ° C./h or less, preferably 50 ° C. or more and 500 ° C./h or less, more preferably 50 ° C./h or more and 200 ° C./h or less, 1000 to 1200 ° C. 5 ° C./h or more and 200 ° C./h or less, preferably 5 ° C. or more and 100 ° C./h or less, more preferably 5 ° C./h or more and 50 ° C./h or less, and 1200 to 1350 ° C. from 1 ° C./h to 100 ° C. / H or less, preferably 1 ° C. or more and 50 ° C./h or less, more preferably 1 ° C./h or more and 40 ° C./h or less.
[0040]
At this time, the temperature rise to 1000 to 1200 ° C., particularly 1200 to 1350 ° C. is high in temperature, and the progress of sintering on the surface of the porous silica base material is accelerated, so that it is effective to raise the temperature more slowly under the above conditions. Is.
[0041]
By the first heat treatment, the average bulk density of the porous silica base material is 1.4 g / cm.ThreeOr more, preferably 1.8 g / cmThreeOr more, more preferably 2.0 g / cmThreeMore than that and 2.20 g / cmThreeThe radial density distribution Δρ (highest bulk density−lowest bulk density) is 0.4 g / cm.ThreeOr less, preferably 0.3 g / cmThreeOr less, more preferably 0.2 g / cmThreeArrange as follows.
[0042]
In the subsequent transparent treatment in the step (3), the porous silica base material that has finished the first heat treatment has a transparent temperature set between 1450 ° C. and 1550 ° C. in a temperature region of 1000 ° C. or higher. Until it reaches 150 ° C./h, preferably 120 ° C./h or less, more preferably 100 ° C./h or less.
[0043]
The synthetic silica glass thus obtained has ΔTF ≦ 50 ° C. and an OH group content of 1 to 40 ppm dehydrated only by the condensation of associated OH groups in the soot, and this is an ultraviolet ray having a wavelength of 157 nm. It has been found that the transmittance exhibits an excellent property of 60% or more at an optical path length of 10 mm. F21x10 excimer laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence is 1 nm / cm or less. In this case, compaction refers to a change in refractive index and a change in surface caused by a high density phenomenon induced by ultraviolet excimer laser light.
[0044]
In addition, when Cl is contained, SiCl becomes a precursor, E ′ center is generated, and SiCl has absorption in the wavelength region of 157 nm, so that it is substantially free of Cl, and less than 1 ppm. preferable. A metal impurity is also a cause of direct absorption band generation, and a material that is substantially not included is preferable in order to promote generation of a defect structure such as an E ′ center. Specifically, the total sum of metal impurities is preferably 50 ppb or less. The concentration of each element is preferably less than 10 ppb.
[0045]
The synthetic silica glass thus obtained has excellent vacuum ultraviolet light transmission and durability, which is unprecedented, stable against heat treatment, and resistant to irradiation with gamma rays, etc. Is also high.
[0046]
The homogeneity is thought to be due to the fact that a refractive index distribution with no difference between inside and outside can be obtained by gradually heating and heating the porous silica base material over a sufficient time, but the difference in refractive index (Δn) The homogeneity expressed is Δn ≦ 2 × 10 in the range of φ = 200 mm.-6A synthetic silica glass was obtained.
[0047]
Moreover, since the thing whose viscosity is as high as a fused silica glass is obtained, it can be used for various uses, such as a structural material for semiconductor manufacture besides an optical material.
[0048]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[0049]
Example 1
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous base material is N in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1300 ° C. in an atmosphere.
[0050]
The temperature rise to 1300 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and 5 ° C./h to 1200 to 1300 ° C. The holding time at 1300 ° C. was 32 hours.
[0051]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 2.10 g / cm.ThreeMet.
[0052]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0053]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was less than 50 ppb.
[0054]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0055]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples A1 and A2, respectively.
[0056]
The amounts of OH groups contained in Samples A1 and A2 were determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, and were 40 and 30 ppm, respectively.
[0057]
The fictive temperature (TF) of samples A1 and A2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1When obtained from the nearby peak position, the difference (= virtual temperature distribution) ΔTF between the two was 10 ° C.
[0058]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample A12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 65%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0059]
Example 2
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material was heat-treated at 1300 ° C. in a helium gas atmosphere in a uniform heating electric furnace equipped with a furnace core tube.
[0060]
The temperature rise to 1300 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and 5 ° C./h to 1200 to 1300 ° C. The holding time at 1300 ° C. was 38 hours.
[0061]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 2.10 g / cm.ThreeMet.
[0062]
Next, the heat-treated porous base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C./h. The glass was lowered at such a speed as to become transparent glass.
[0063]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was less than 50 ppb.
[0064]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0065]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples B1 and B2, respectively.
[0066]
The amounts of OH groups contained in Samples B1 and B2 were determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, and were 40 and 30 ppm, respectively.
[0067]
The virtual temperature (TF) of samples B1 and B2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0068]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample B12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 65%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0069]
Example 3
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1200 ° C. in an atmosphere.
[0070]
The temperature rise to 1200 ° C. was 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and the holding time at 1200 ° C. was 84 hours.
[0071]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 2.15 g / cm.ThreeMet.
[0072]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0073]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was less than 50 ppb.
[0074]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0075]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (100 mm position from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples C1 and C2, respectively.
[0076]
When the amount of OH groups contained in Samples C1 and C2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 20 and 10 ppm, respectively.
[0077]
The fictive temperature (TF) of samples C1 and C2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0078]
F having a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample C12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 75%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0079]
Example 4
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material was subjected to heat treatment at 1200 ° C. in a helium gas atmosphere in a uniform heating electric furnace equipped with a furnace core tube.
[0080]
The temperature rise to 1200 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and the holding time at 1200 ° C. is 96 ° C. It was time.
[0081]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 2.15 g / cm.ThreeMet.
[0082]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0083]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0084]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0085]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples D1 and D2.
[0086]
When the amount of OH groups contained in Samples D1 and D2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 15 and 5 ppm, respectively.
[0087]
The virtual temperature (TF) of samples D1 and D2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0088]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample D12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 80%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0089]
Example 5
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1300 ° C. in an atmosphere.
[0090]
The temperature rise to 1300 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and 5 ° C./h to 1200 to 1300 ° C. The holding time at 1300 ° C. was 38 hours.
[0091]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 2.10 g / cm.ThreeMet.
[0092]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone-heating electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 50 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0093]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0094]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0095]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples E1 and E2, respectively.
[0096]
When the amount of OH groups contained in Samples E1 and E2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 30 and 20 ppm, respectively.
[0097]
The fictive temperature (TF) of samples E1 and E2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0098]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample E12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 70%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0099]
Comparative Example 1
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1150 ° C. in an atmosphere.
[0100]
The temperature was raised to 1150 ° C. at a rate of 500 ° C./h up to 500 ° C., 100 ° C./h from 500 to 1000 ° C., and 10 ° C./h from 1000 to 1150 ° C., and the holding time at 1150 ° C. was 32 It was time.
[0101]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 0.70 g / cm.ThreeMet.
[0102]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0103]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0104]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 8.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0105]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples F1 and F2, respectively.
[0106]
When the amount of OH groups contained in Samples F1 and F2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 170 and 100 ppm, respectively.
[0107]
The fictive temperature (TF) of samples F1 and F2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was found to be 80 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0108]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample F12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 5%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after the pulse irradiation is 50%, and the refractive index difference before and after the irradiation, which is an index of compaction, is 10 × 10.-6The amount of change in birefringence was 10 nm / cm.
[0109]
Comparative Example 2
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1300 ° C. in an atmosphere.
[0110]
The temperature rise to 1300 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and 5 ° C./h to 1200 to 1300 ° C. The holding time at 1300 ° C. was 12 hours.
[0111]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 1.20 g / cm.ThreeMet.
[0112]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0113]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0114]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 5.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0115]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and two opposing surfaces were optically polished to obtain samples G1 and G2, respectively.
[0116]
The amounts of OH groups contained in Samples G1 and G2 were determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, and were 100 and 80 ppm, respectively.
[0117]
The fictive temperature (TF) of samples G1 and G2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 60 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0118]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample G12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 30%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is 40%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is an index of compaction, is 5 × 10.-6The amount of change in birefringence was 5 nm / cm.
[0119]
Comparative Example 3
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1300 ° C. in an atmosphere.
[0120]
The temperature rise to 1300 ° C. is 500 ° C./h to 500 ° C., 100 ° C./h to 500 to 1000 ° C., 10 ° C./h to 1000 to 1200 ° C., and 5 ° C./h to 1200 to 1300 ° C. The holding time at 1300 ° C. was 16 hours.
[0121]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 1.40 g / cm.ThreeMet.
[0122]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 200 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0123]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0124]
The homogeneity of the obtained glass in the radial direction is as follows: Δn = 6.0 × 10 6-6Met.
[0125]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples H1 and H2, respectively.
[0126]
When the amount of OH groups contained in Samples H1 and H2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 90 and 60 ppm, respectively.
[0127]
The fictive temperature (TF) of samples H1 and H2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was found to be 70 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0128]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample H12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2-When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 35%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is 40%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is an index of compaction, is 7 × 10.-6The amount of change in birefringence was 7 nm / cm.
[0129]
Comparative Example 4
Purified silicon tetrachloride was hydrolyzed in a oxyhydrogen flame by a known method to prepare a porous silica base material having a diameter of 400 mm and a length of 1000 mm. This porous silica base material is subjected to N heating in a uniform heating type electric furnace equipped with a furnace core tube.2Heat treatment was performed at 1300 ° C. in an atmosphere.
[0130]
The temperature was raised to 1300 ° C. at a rate of 1800 ° C./h up to 1000 ° C., 500 ° C./h up to 1000-1200 ° C., and 200 ° C./h up to 1200-1300 ° C., and the holding time at 1300 ° C. was 16 It was time.
[0131]
The average bulk density of the treated porous silica matrix is 1.30 g / cmThreeMet.
[0132]
Next, the heat-treated porous silica base material is heated in a zone heating type electric furnace equipped with a furnace core tube in a helium gas atmosphere at a temperature of 1500 ° C., and the temperature increase rate of the porous silica base material is 100 ° C. / Transparent vitrification was performed by pulling down at a speed such that h.
[0133]
When a portion of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0134]
The homogeneity of the obtained glass in the radial direction is as follows: Δn = 6.0 × 10 6-6Met.
[0135]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and two opposing surfaces were optically polished to obtain samples I1 and I2, respectively.
[0136]
When the amount of OH groups contained in Samples I1 and I2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 100 and 70 ppm, respectively.
[0137]
The fictive temperature (TF) of samples I1 and I2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was found to be 70 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0138]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample I12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 30%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is 30%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 6 × 10.-6The amount of change in birefringence was 6 nm / cm.
[0139]
Example 6
N in uniform heating electric furnace2After heat treatment at 1350 ° C. for 16 hours in a gas atmosphere, N was maintained while maintaining the temperature at 1350 ° C.2Heat treatment was performed in a gas atmosphere for 38 hours, and the average bulk density of the treated porous silica base material was 2.18 g / cm.ThreeA transparent silica glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was changed.
[0140]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the concentrations of alkali and alkaline earth metals, transition metals, and other metal impurities were less than 10 ppb for all elements. .
[0141]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0142]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples J1 and J2, respectively.
[0143]
The amounts of OH groups contained in Samples J1 and J2 were determined from an absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, and were 30 and 20 ppm, respectively.
[0144]
The virtual temperature (TF) of samples J1 and J2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0145]
F having a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample J12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 70%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0146]
Example 7
N in uniform heating electric furnace2After processing in a gas atmosphere for 16 hours, CO / N2Heat treatment was performed in a mixed gas atmosphere (mixed volume ratio = 10: 90) for 8 hours, and the average bulk density of the treated porous silica base material was 1.80 g / cm.ThreeA transparent silica glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was changed.
[0147]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0148]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0149]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and two opposing surfaces were optically polished to obtain samples K1 and K2, respectively.
[0150]
The amounts of OH groups contained in samples K1 and K2 were determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, and were 40 and 30 ppm, respectively.
[0151]
The fictive temperature (TF) of samples K1 and K2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0152]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample K12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 74%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0153]
Example 8
Process atmosphere in a uniform heating electric furnace is H2/ N2The mixed gas (mixed volume ratio = 10: 90) was used, the heat treatment time was 15 hours, and the average bulk density of the porous silica base material after treatment was 1.40 g / cm.ThreeA transparent silica glass was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was changed.
[0154]
When a part of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was less than 1 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the alkali and alkaline earth metal, transition metal, and other metal impurity concentrations were less than 10 ppb for all elements, The total amount was 50 ppb or less.
[0155]
The homogeneity in the radial direction of the obtained glass is Δn = 1.0 × 10 in the region of φ = 200 mm.-6Met.
[0156]
A 10 × 10 × 30 mm test piece was cut out from the radial center and the outside (position of 100 mm from the center) of the obtained glass, and the two opposing surfaces were optically polished to obtain samples L1 and L2, respectively.
[0157]
When the amount of OH groups contained in Samples L1 and L2 was determined from the absorption intensity of 2.73 μm using an infrared spectrophotometer, they were 45 and 35 ppm, respectively.
[0158]
The fictive temperature (TF) of samples L1 and L2 is 1120 cm in the infrared reflection spectrum.-1The ΔTF was 10 ° C. as determined from the nearby peak position.
[0159]
F with a wavelength of 157 nm on the optical polishing surface of sample L12Excimer laser with an energy density of 10 mJ / cm2When irradiated with pulse and repetition frequency of 1000 Hz, the transmittance was 65%. 1 × 10 laser6The transmittance decrease at 157 nm after pulse irradiation is less than 1%, and the refractive index difference before and after irradiation, which is a compaction index, is 1 × 10.-6Hereinafter, the amount of change in birefringence was 1 nm / cm or less.
[0160]
Table 1 below shows the heating conditions, clearing conditions, OH concentration, Cl concentration, ΔTF, initial transmittance of 157 nm, and laser resistance of samples A to L as indices indicating laser resistance.21x10 excimer laser6The degree of transmittance decrease at 157 nm after pulses irradiation was shown.
[0161]
[Table 1]
Figure 0004531904
[0162]
The initial transmittance and the reduced transmittance after irradiation in the table were calculated from the following formulas.
[0163]
Initial transmittance (%) = (T1/ T0) × 100
T1= Sample transmitted pulse intensity (F2(At the start of laser irradiation)
T0= Blank pulse intensity
Decreased transmittance after irradiation ΔT = TA-TB
TA= (T1/ T0) × 100
TB= (T2/ T0) × 100
T1= Sample transmitted pulse intensity (F2(At the start of laser irradiation)
T0= Blank pulse intensity
T2= Sample transmitted pulse intensity (F2Laser 10mJ / cm2,
1 × 106(after pulses irradiation)
Example 9
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were further cut out from the glass obtained in Example 6, and the two surfaces were optically polished to obtain samples M1 and M2, respectively.
[0164]
When the sample M1 was irradiated with light of a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in a vacuum,
As the irradiation time increased, the transmittance of the lamp light decreased. The transmittance decreased to about 55% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation, but no further decrease in transmittance was observed even if the irradiation was continued as it was.
[0165]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to the sample M2 with an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The laser beam transmittance decreased with increasing irradiation time. Sample M2 has 10 irradiations6The transmittance dropped to about 83% of the initial transmittance after the shot.7When irradiation was continued until the shot, no further reduction in transmittance was observed.
[0166]
Example 10
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were further cut out from the glass obtained in Example 7, and the two surfaces were optically polished to obtain samples N1 and N2, respectively.
[0167]
When the sample N1 was irradiated with light from a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in vacuum, the transmittance of the lamp light decreased with increasing irradiation time. The transmittance decreased to about 60% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation, but no further decrease in transmittance was observed even if the irradiation was continued as it was.
[0168]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to the sample N2 at an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The laser beam transmittance decreased with increasing irradiation time. Sample N2 has 10 irradiations6The transmittance dropped to about 85% of the initial transmittance after the shot, but then 10%7When irradiation was continued until the shot, no further reduction in transmittance was observed.
[0169]
Example 11
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were further cut out from the glass obtained in Example 8, and two surfaces were optically polished to obtain samples O1 and O2, respectively.
[0170]
When the sample O1 was irradiated with light from a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in a vacuum, the transmittance of the lamp light decreased as the irradiation time increased. The transmittance decreased to about 50% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation, but even if the irradiation was continued as it was, no further decrease in the transmittance was observed.
[0171]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to the sample O2 at an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The laser beam transmittance decreased with increasing irradiation time. Sample O2 has 10 irradiations6The transmittance dropped to about 80% of the initial transmittance after the shot.7When irradiation was continued until the shot, no further reduction in transmittance was observed.
[0172]
Comparative Example 5
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were further cut out from the glass obtained in Comparative Example 3, and the two surfaces were optically polished to obtain samples P1 and P2, respectively.
[0173]
When the sample S1 was irradiated with light from a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in a vacuum, the transmittance of the lamp light decreased as the irradiation time increased. The transmittance dropped to about 45% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation. When irradiation was continued as it was, the transmittance gradually decreased and did not become constant.
[0174]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to the sample P2 with an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The transmittance of laser light decreases with increasing irradiation time, and the number of irradiation is 106The transmittance drops to about 79% of the initial transmittance in the shot, and then 10%7When irradiation was continued until the shot, the transmittance gradually decreased and did not stabilize.
[0175]
Comparative Example 6
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were further cut out from the glass obtained in Comparative Example 4, and the two surfaces were optically polished to obtain samples Q1 and Q2, respectively.
[0176]
When the sample S1 was irradiated with light from a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in a vacuum, the transmittance of the lamp light decreased as the irradiation time increased. The transmittance dropped to about 45% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation. When irradiation was continued as it was, the transmittance gradually decreased and did not become constant.
[0177]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to sample Q2 with an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The transmittance of laser light decreases with increasing irradiation time, and the number of irradiation is 106The transmittance drops to about 79% of the initial transmittance in the shot, and then 10%7When irradiation was continued until the shot, the transmittance gradually decreased and did not stabilize.
[0178]
Comparative Example 7
Synthetic silica glass was obtained by a direct method using silicon tetrachloride as a raw material, hydrolyzing it in an oxyhydrogen flame, and directly depositing vitrification at a temperature of 1600 ° C. or higher. The size of the obtained glass was 200 mm in diameter and 1200 mm in length. When the amount of OH groups contained in the glass was determined from the absorption intensity at 2.73 μm in the infrared absorption spectrum, it was 700 ppm. Further, when a portion of the obtained glass was dissolved in 38% hydrofluoric acid and subjected to quantitative analysis of chlorine, the chlorine concentration in the glass was 150 ppm below the detection limit. Furthermore, when quantitative analysis of impurities contained in the glass was performed using an ICP mass spectrometer, the concentrations of alkali impurities, alkaline earth metals, transition metals, and other metal impurities were less than 10 ppb for all elements. The total amount was 50 ppb or less.
[0179]
Two test pieces of 10 × 10 × 30 mm were cut out from the obtained glass, and two surfaces were optically polished to obtain samples R1 and R2, respectively.
[0180]
When the sample R1 was irradiated with light from a dielectric barrier discharge excimer lamp having a wavelength of 172 nm in a vacuum, the transmittance of the lamp light decreased as the irradiation time increased. The transmittance decreased to about 75% of the initial transmittance about 100 hours after the start of irradiation. When irradiation was continued as it was, the transmittance gradually decreased and did not become constant.
[0181]
An ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is applied to the sample R2 with an energy density of 100 mJ / cm.2-Irradiated with a pulse, repetition frequency of 100 Hz. The transmittance of laser light decreases with increasing irradiation time, and the number of irradiation is 106The transmittance drops to about 92% of the initial transmittance in the shot, and then 10%7When irradiation was continued until the shot, the transmittance gradually decreased and did not stabilize.
[0182]
FIG. 1 shows the change in transmittance with the irradiation time of the excimer lamp in samples M to R, and FIG. 2 shows the change in transmittance with the number of ArF excimer laser shots in samples M to R.
[0183]
As is clear from FIGS. 1 and 2 of Examples 9 to 11 and Comparative Examples 8 to 10 described above, by setting the OH group concentration in the glass to 1 to 70 ppm, a certain amount of ultraviolet rays such as excimer lamps and excimer lasers are emitted. After irradiation, there is no decrease in transmittance due to ultraviolet irradiation, and silica glass showing a stable transmittance without change with time can be obtained.
[0184]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, before the soot synthesized by the soot method is made transparent, N2Alternatively, heat treatment is performed for a sufficient amount of time under conditions such that condensation of only the associated OH groups in the soot occurs in a reducing gas atmosphere, so that the fictive temperature distribution is small and unstable precursors are removed. The generation of defects inside the soot is suppressed, the OH group concentration in the glass is 1 to 70 ppm, the Cl concentration is less than 1 ppm, and the concentration of alkali and alkaline earth metals, transition metals and other metal impurities is 10 ppb for each element. Less than 50 ppb, and the transmittance at 172 to 200 nm is 40% or more even for continuous irradiation with ultraviolet rays having a wavelength of 160 to 300 nm, and it is as high as 60% or more for short wavelength light of 157 nm. An optical material for ultraviolet rays comprising a synthetic silica glass having excellent properties exhibiting transmittance can be provided.
[0185]
In addition, since the structural change due to heat treatment is small, not only a material with a good refractive index homogeneity can be easily obtained, but also the compaction is small.2It is suitable as an optical material for lithography using a laser. In addition, since the OH group content is low, the radiation resistance is good, and it can be used as an image fiber for observing the inside of a nuclear reactor having radioactivity or an optical fiber for communication under radiation exposure. Moreover, since the viscosity at high temperature is high, it can be used as an ultra-high purity material for semiconductor production.
[0186]
Furthermore, since there are few dimensional changes by a thermal cycle, it can be used also as a substrate material for polysilicon TFTs. Further, since the amount of released gas is extremely small and the deterioration is small, it can be used as a bulb material for various lamps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a change in transmittance according to excimer lamp irradiation time in samples M to R;
FIG. 2 is a diagram showing a change in transmittance according to the number of ArF excimer laser shots in samples M to R.

Claims (13)

高純度珪素化合物から、当該珪素化合物を火炎熱分解するスート法で製造されたスートを堆積させて生成した多孔質シリカ母材を加熱して得られる、実質的にOH基以外の不純物を含まず、ガラス内における仮想温度の最大と最小の差が50℃以下であり、波長157nmの紫外線の透過率が光路長10mmで60%以上である合成シリカガラスから成る紫外線用光学材料。From a high-purity silicon compound, obtained by heating a porous silica base material produced by depositing a soot produced by the soot method in which the silicon compound is pyrolyzed by flame, and substantially free of impurities other than OH groups An optical material for ultraviolet rays made of synthetic silica glass, wherein the difference between the maximum and minimum fictive temperatures in the glass is 50 ° C. or less and the transmittance of ultraviolet rays having a wavelength of 157 nm is 60% or more when the optical path length is 10 mm. 請求項1の紫外線用光学材料において、OH基含有量が1〜70ppm、Cl濃度が1ppm未満であり、金属不純物濃度は各元素が10ppb未満、それらの合計量が50ppb以下である合成シリカガラスから成る紫外線用光学材料。The optical material for ultraviolet rays according to claim 1, wherein the OH group content is 1 to 70 ppm, the Cl concentration is less than 1 ppm, the metal impurity concentration is less than 10 ppb for each element, and the total amount thereof is 50 ppb or less. An optical material for ultraviolet rays. 請求項1又は請求項2に記載の紫外線用光学材料において、波長160〜300nmの紫外線を1時間照射しても波長172〜200nmの紫外線の透過率が光路長10mmで40%以上の合成シリカガラスから成る紫外線用光学材料。3. The synthetic silica glass according to claim 1, wherein the transmittance of ultraviolet light having a wavelength of 172 to 200 nm is 40% or more at an optical path length of 10 mm even when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 160 to 300 nm for 1 hour. An optical material for ultraviolet rays. 請求項1に記載の紫外線用光学材料において、合成シリカガラスの屈折率差(Δn)であらわされる均質性が、φ=200mmの範囲内において、Δn≦2×10−6であることを特徴とする紫外線用光学材料。The optical material for ultraviolet rays according to claim 1, wherein the homogeneity represented by the refractive index difference (Δn) of the synthetic silica glass is Δn ≦ 2 × 10 −6 within the range of φ = 200 mm. Optical material for ultraviolet rays. スート法で得られた多孔質シリカ母材を1200℃以上1350℃以下の温度で第1の熱処理をする際、室温〜500℃までは100℃/h以上1500℃/h以下、500〜1000℃までは50℃/h以上1000℃/h以下、1000〜1200℃までは5℃/h以上200℃/h以下、1200〜1350℃までは1℃/h以上100℃/h以下の昇温速度で熱処理を行い、前記熱処理をした後、温度1450℃以上1550℃以下に加熱されたゾーンに昇温速度が10℃/h以上150℃/h以下になるように徐々に挿入して第2の熱処理をおこない透明化する、第1の熱処理を終えたシリカ多孔質母材の平均かさ密度が2.10g/cm以上2.20g/cm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の紫外線用光学材料の製造方法。 When the first heat treatment is performed on the porous silica base material obtained by the soot method at a temperature of 1200 ° C. or more and 1350 ° C. or less, the temperature is from 100 ° C./h to 1500 ° C./h, 500 to 1000 ° C. from room temperature to 500 ° C. Up to 50 ° C / h to 1000 ° C / h, up to 1000-1200 ° C from 5 ° C / h to 200 ° C / h, up to 1200-1350 ° C from 1 ° C / h to 100 ° C / h After the heat treatment is performed, the second heat treatment is gradually inserted into the zone heated to a temperature of 1450 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower so that the rate of temperature rise is 10 ° C./h or higher and 150 ° C./h or lower. transparentizing performs a heat treatment, according to claim 1 to 4, the average bulk density of the silica porous preform having been subjected to the first heat treatment is equal to or less than 2.10 g / cm 3 or more 2.20 g / cm 3 In any of Method of manufacturing an optical material for an outside line. 請求項5に記載の紫外線用光学材料の製造方法において、多孔質シリカ母材の第1の熱処理を窒素ガス雰囲気中で実施することを特徴とする紫外線用光学材料の製造方法。6. The method for producing an optical material for ultraviolet rays according to claim 5, wherein the first heat treatment of the porous silica base material is performed in a nitrogen gas atmosphere. 請求項5に記載の紫外線用光学材料の製造方法において、多孔質シリカ母材の第1の熱処理を水素ガス含有雰囲気中で実施することを特徴とする紫外線用光学材料の製造方法。6. The method for producing an optical material for ultraviolet rays according to claim 5, wherein the first heat treatment of the porous silica base material is carried out in an atmosphere containing hydrogen gas. 請求項5に記載の紫外線用光学材料の製造方法において、多孔質シリカ母材の第1の熱処理を一酸化炭素ガス含有雰囲気中で実施することを特徴とする紫外線用光学材料の製造方法。6. The method for producing an optical material for ultraviolet rays according to claim 5, wherein the first heat treatment of the porous silica base material is carried out in an atmosphere containing carbon monoxide gas. 請求項5に記載の紫外線用光学材料の製造方法において、第1の熱処理における最高温度での保持時間を16時間以上216時間以下とすることを特徴とする紫外線用光学材料の製造方法。6. The method for producing an ultraviolet optical material according to claim 5, wherein the holding time at the maximum temperature in the first heat treatment is 16 hours or more and 216 hours or less. 請求項5に記載の紫外線用光学材料の製造方法において、第1の熱処理を施す雰囲気が、Heガス雰囲気、又は、Nを含むHeガス以外の不活性ガスで希釈されたHeガス雰囲気であることを特徴とする紫外線用光学材料の製造方法。The manufacturing method of an ultraviolet optical material according to claim 5, the atmosphere for performing first heat treatment, a He gas atmosphere, or is the He gas atmosphere diluted with an inert gas other than He gas containing N 2 The manufacturing method of the optical material for ultraviolet rays characterized by the above-mentioned. 請求項1〜請求項4のいずれかの請求項に記載の紫外線用光学材料において、波長157nm〜300nmの紫外線を照射することに適した紫外線用光学材料。The optical material for ultraviolet rays according to any one of claims 1 to 4, which is suitable for irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 157 nm to 300 nm. 請求項11に記載の紫外線用光学材料において、紫外線がFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Xeエキシマランプ、Xeランプ、Dランプ、低圧Hgランプ、およびKrClエキシマランプから選択された線源から照射されることを特徴とする紫外線用光学材料。In the ultraviolet optical material according to claim 11, ultraviolet F 2 excimer laser, ArF excimer laser, KrF excimer laser, Xe 2 excimer lamp, Xe lamp, D 2 lamp, is selected from low pressure Hg lamp, and KrCl excimer lamp An optical material for ultraviolet rays that is irradiated from a radiation source. 請求項12に記載の紫外線用光学材料が、エキシマランプ(Xe、KrCl、KrBr、KrI etc.)、金属ハライドランプ、水銀ランプ、ショートアーク水銀ランプ、Dランプ、Hランプ、およびキセノンランプ用円筒形材料及び球状材料、ポリシリコン用TFT基板材料、耐放射線光ファイバー用材料、フォトマスク材、もしくは軟X線用反射ミラー用基板材料であることを特徴とする紫外線用光学材料。The optical material for ultraviolet rays according to claim 12 is an excimer lamp (Xe 2 , KrCl, KrBr, KrI etc.), a metal halide lamp, a mercury lamp, a short arc mercury lamp, a D 2 lamp, an H 2 lamp, and a xenon lamp. An optical material for ultraviolet rays, characterized in that it is a cylindrical material and spherical material for TFT, a TFT TFT substrate material, a radiation-resistant optical fiber material, a photomask material, or a soft X-ray reflective mirror substrate material.
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JP2006344383A (en) * 2003-06-24 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light irradiation device
JP2007026675A (en) * 2003-06-24 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light irradiation device, lamp for it, and light irradiation method
EP1740512A1 (en) 2004-04-28 2007-01-10 Asahi Glass Company, Limited Optical member made of synthetic quartz glass, and process for its production
US7166963B2 (en) 2004-09-10 2007-01-23 Axcelis Technologies, Inc. Electrodeless lamp for emitting ultraviolet and/or vacuum ultraviolet radiation
US7506522B2 (en) * 2004-12-29 2009-03-24 Corning Incorporated High refractive index homogeneity fused silica glass and method of making same
US7506521B2 (en) * 2004-12-29 2009-03-24 Corning Incorporated High transmission synthetic silica glass and method of making same
JP2007223888A (en) * 2006-01-30 2007-09-06 Asahi Glass Co Ltd Synthetic quartz glass with fast axes of birefringence distributed in concentric-circle tangent directions and process for producing the same
JP2007223889A (en) * 2006-01-30 2007-09-06 Asahi Glass Co Ltd Synthetic quartz glass with radial distribution of fast axes of birefringence and process for producing the same
JP5106090B2 (en) * 2007-12-26 2012-12-26 信越石英株式会社 Silica glass for photocatalyst and method for producing the same
JP5366303B2 (en) * 2008-05-12 2013-12-11 信越石英株式会社 Synthetic silica glass for discharge lamps, discharge lamp lamps produced therewith, discharge lamp apparatus provided with the discharge lamp lamps, and method for producing the synthetic silica glass for discharge lamps
JP5238385B2 (en) * 2008-07-14 2013-07-17 信越石英株式会社 Visible light responsive fibrous photocatalyst and purification device
JP5246926B2 (en) * 2008-07-22 2013-07-24 信越石英株式会社 Fibrous photocatalyst and purification device
WO2011052610A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 旭硝子株式会社 Optical member for deep ultraviolet and process for producing same
JP5520346B2 (en) * 2012-07-24 2014-06-11 信越石英株式会社 Method for producing fibrous photocatalyst
JP5596807B2 (en) * 2013-01-28 2014-09-24 信越石英株式会社 Method for producing visible light responsive fibrous photocatalyst
JPWO2022215662A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000086259A (en) * 1998-09-07 2000-03-28 Tosoh Corp Optical material for vacuum ultraviolet ray

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