JP5606100B2

JP5606100B2 - ガラス組成物及びそれを用いた光学装置

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Description

本発明はガラス組成物及びそれを用いた光学装置に関し、特に紫外光を用いた光学装置に用いられる光学部材などに適しているガラス組成物及びそれを用いた光学装置に関するものである。

光学部材はカメラ、望遠鏡など幅広い分野で利用されている。光学部材は結晶からなるものとガラスからなるものと大きく２つに分けることができる。その中で結晶からなる光学部材はその結晶系において用途が分かれる。結像光学系などにレンズとして用いられるものは立方晶系の結晶である。光学的に等方性が高い立方晶の結晶を用いることにより、光学的な異方性を起因とする複屈折などを低減させることができる。一方、ガラスからなる光学部材は、本質的に光学的に等方であるため、応力により誘起される複屈折のみを考慮すればよく、幅広く用いることができる。

ガラス組成物としては、特許文献１には、５０モル％以上７７モル％以下の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と、２７モル％以上５０モル％以下の希土類酸化物（ＲＥ_２Ｏ_３）とを含むガラスについて記載されている。また、特許文献１には、希土類元素（ＲＥ）としてルテチウム（Ｌｕ）の開示がある。さらに、特許文献１には、ＲＥ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系の三相図において、モル％で、以下の７つの組成点を結んだ、７角形の組成域内のバルク単相ガラスについて記載されている。

すなわち、前記７つの組成点は、
１ＲＥ_２Ｏ_３・５９Ａｌ_２Ｏ_３・４０ＳｉＯ_２、
１ＲＥ_２Ｏ_３・７１Ａｌ_２Ｏ_３・２８ＳｉＯ_２、
２３ＲＥ_２Ｏ_３・７７Ａｌ_２Ｏ_３、
５０ＲＥ_２Ｏ_３・５０Ａｌ_２Ｏ_３、
５０ＲＥ_２Ｏ_３・５０ＳｉＯ_２、
３３．３３ＲＥ_２Ｏ_３・３３．３３Ａｌ_２Ｏ_３・３３．３３ＳｉＯ_２、
および、１６．６７ＲＥ_２Ｏ_３・５０Ａｌ_２Ｏ_３・３３．３３ＳｉＯ_２
である。これらの組成点を陽イオン％に変換すると、図６の三相図上の記号“●”で示した点となる。

また、特許文献１には、
（ａ）１モル％以上５０モル％以下のＲＥ_２Ｏ_３と、
（ｂ）０モル％以上７１モル％以下のＡｌ_２Ｏ_３と、
（ｃ）０モル％以上３５モル％以下のＳｉＯ_２と、
（ｄ）０モル％以上１５モル％以下の他の酸化物を含み、
ＲＥ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３を合計で少なくとも５５モル％含むバルク単相ガラスが開示されている。また、希土類元素（ＲＥ）としてルテチウム（Ｌｕ）の開示がある。これらの組成点を陽イオン％に変換すると、図６の三相図上の記号“◆”で示した点となる。

特許文献１では、上記の技術により、機械的性質や熱物性が均一であることが要求される、光学的用途に使用可能なガラスが開示されている。また、特許文献１では、上記の技術により、均質なバルク単相ガラス、高屈折率なガラスが開示されている。

一方、半導体集積回路の高集積化に伴い、超微細パターン形成への要求がますます高まっている。そして、微細パターンをウエハ上に転写するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパー）の高性能化が行われ、露光用の光源の波長が短波長へと移行している。その中で注目されている光学部材は、紫外領域の透過率が高い立方晶系のフッ化カルシウム単結晶である。さらに近年、より高い解像力を得るために光学部材の高屈折率化を目指し、Ｓｉよりも屈折能の高い、Ｌｕ、ＡｌおよびＭｇなどを用いた光学部材の開発が試みられている。例えば、立方晶系のルテチウムアルミニウムガーネット単結晶（ＬｕＡＧ，Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、酸化マグネシウム単結晶（ＭｇＯ）、マグネシウムスピネル単結晶（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）などの開発が積極的に行われている。特にルテチウムアルミニウムガーネット単結晶に関しては屈折率が高く、今後の開発が期待されている。例えば、ルテチウムアルミニウムガーネット単結晶の波長１９３ｎｍにおける屈折率は、２．１、石英ガラスの波長１９３ｎｍにおける屈折率は、１．５６、フッ化カルシウム単結晶の波長１９３ｎｍにおける屈折率は、１．５０である。

単結晶材料の場合、紫外光領域では真性複屈折が発生する問題がある。ＭｇＯやＭｇＡｌ_２Ｏ_４では真性複屈折率の大きさが７０ｎｍ／ｃｍ（外挿値）、５２ｎｍ／ｃｍ（外挿値）であり、ＣａＦ_２の３．４ｎｍ／ｃｍに比べてはるかに大きい（非特許文献１）。そのため、真性複屈折が生じることのない材料の開発が要求されている。

特許文献２には、Ｌｕ、Ａｌ及びＯを合計で９９．９９重量％以上含有し、かつＬｕとＡｌの含有割合を陽イオンパーセントで表した場合に、Ｌｕが２４％以上３３％以下、Ａｌが６７％以上７６％以下である紫外光用ガラス組成物が開示されている。

また、特許文献２では、液浸式露光装置の最終レンズに好適な、屈折率が高く、透過率が高く、真性複屈折（ＩＢＲ；ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が低いかあるいは存在せず、又、応力複屈折（ＳＢＲ；ｓｔｒｅｓｓｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が低いかあるいは存在しない、紫外光用ガラス組成物及びそれを用いた光学装置が開示されている。

国際公開ＷＯ０１／２７０４６号公報特開２００８−１５０２７６号公報

ＪｏｈｎＨ．Ｂｕｒｎｅｔｔ，ＳｉｍｏｎＧ．Ｋａｐｌａｎ，ＥｒｉｃＬ．Ｓｈｉｒｌｅｙ，ＰａｕｌＪ．Ｔｏｍｐｋｉｎｓ，ａｎｄＪａｍｅｓＥ．Ｗｅｂｂ，"Ｈｉｇｈ−ＩｎｄｅｘＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒ１９３ｎｍＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，"ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＳＰＩＥ５７５４−５７（２００５年）

特許文献１では、光学的用途に使用可能で、高屈折率で、均質な単相ガラスが開示されている。しかしながら、紫外線領域の透過率が低く、さらに、相対的に安定で大きなガラスを作製できないという問題があった。

特許文献２では、液浸式露光装置の最終レンズに好適な、屈折率が高く、透過率が高く、真性複屈折が低いかあるいは存在せず、又、応力複屈折が低いかあるいは存在しない、新規な組成の紫外光用ガラス組成物が開示されている。しかしながら、ガラス化範囲が狭く、相対的に安定で大きなガラスを作製できないという問題があった。

また、ＬｕＡＧのような単結晶を光学材料として用いる場合は、真性複屈折が発生し、異なる結晶方位のレンズを組み合わせる方法等により、これを補償する必要があるという問題があった。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、紫外光において、真性複屈折率が低いかあるいは存在しないガラス化状態を安定して得ることができるガラス組成物を提供するものである。

また、本発明は、前記ガラス組成物を用いた光学材料、光学薄膜および光学装置を提供するものである。

上記の課題を解決するガラス組成物は、Ｌｕ、Ｓｉ及びＡｌを含有する酸化物であり、ＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図において、以下に記す陽イオン％で示した６組成点で囲まれた組成域に含まれることを特徴とする。
３２．３ＬｕＯ_３／２・３０．０ＳｉＯ_２・３７．７ＡｌＯ_３／２、
３２．３ＬｕＯ_３／２・３７．７ＳｉＯ_２・３０．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・５５．０ＳｉＯ_２・２４．２ＡｌＯ_３／２、
１０．０ＬｕＯ_３／２・４５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・２４．２ＳｉＯ_２・５５．０ＡｌＯ_３／２、
及び３０．０ＬｕＯ_３／２・２５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２

上記の課題を解決する光学材料は、上記のガラス組成物からなることを特徴とする。
上記の課題を解決する光学薄膜は、上記のガラス組成物からなることを特徴とする。

上記の課題を解決する光学装置は、光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は光学部材を備え、前記光学部材が上記のガラス組成物からなる、基材及び／又は光学薄膜を含むことを特徴とする。

また、上記の課題を解決する光学装置は、光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は、第１の光学部材と、該第１の光学部材より屈折率が高い第２の光学部材とを備え、前記第２の光学部材が上記のガラス組成物からなる基材を含むことを特徴とする。
前記光源が紫外光を発生することを特徴とする。

本発明によれば、紫外光において、真性複屈折率が低いかあるいは存在しないガラス化状態を安定して得ることができるガラス組成物を提供することができる。
また、本発明は、前記ガラス組成物を用いた光学材料、光学薄膜および光学装置を提供することができる。

本発明のガラス組成物のＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図である。ｘＳｉＯ_２・（１００−ｘ）（７／１３ＡｌＯ_３／２・６／１３ＬｕＯ_３／２）ガラスの光学的バンドギャップを示す図である。（１００−ｘ）（１／２ＳｉＯ_２・１／２ＡｌＯ_３／２）・ｘＬｕＯ_３／２ガラスの波長２４８ｎｍにおける屈折率を示す図である。本発明の光学装置の一実施形態を示す模式図である。ガスジェット浮遊装置を示す模式図である。従来のガラス組成物の三相図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている内容は、特定的な記載がない限りは、発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
本発明に係るガラス組成物は、Ｌｕ、Ｓｉ及びＡｌを含有する酸化物であり、ＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図において、以下に記す陽イオン％で示した６組成点で囲まれた組成域に含まれることを特徴とする。
３２．３ＬｕＯ_３／２・３０．０ＳｉＯ_２・３７．７ＡｌＯ_３／２、
３２．３ＬｕＯ_３／２・３７．７ＳｉＯ_２・３０．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・５５．０ＳｉＯ_２・２４．２ＡｌＯ_３／２、
１０．０ＬｕＯ_３／２・４５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・２４．２ＳｉＯ_２・５５．０ＡｌＯ_３／２、
及び３０．０ＬｕＯ_３／２・２５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２

図１は、本発明のガラス組成物のＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図である。同図１には、上記の６つの組成点を記号“◎”で示し、それらの組成点を囲んだ前記組成域を実線で示す。

なお、本発明において、陽イオン％とは、Ｌｕイオン数、Ｓｉイオン数、Ａｌイオン数等の陽イオンの合計に対する、いずれかのイオン数の割合を％で示したものである。例えば、Ｌｕの陽イオン％とは、下記の式（１）に示す様に、ＬｕとＳｉとＡｌの陽イオン数の合計に対するＬｕの陽イオンの数の割合である。
Ｌｕの陽イオン％＝［Ｌｕイオン数／（Ｌｕイオン数＋Ｓｉイオン数＋Ａｌイオン数）］×１００（１）

したがって、上記の６つの組成点の数値は陽イオン％で表されている。具体的には、Ｌｕの酸化物をＬｕ_２Ｏ_３ではなく、ＬｕＯ_３／_２等の陽イオン１個の形として示した場合のモル％が、陽イオン％である。
Ｓｉの陽イオンの及びＡｌの陽イオン％も上記と同様に表わされる。

本発明のガラス組成物においては、ガラスの主成分としてＬｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏからなり、上記の６組成点で囲まれた組成域に含まれる含有量により安定にガラス化できる組成範囲が決まる。ガラス化は、目的の組成物の融液を作り、それを急冷することや、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の気相合成法、ゾル−ゲル法によって行うことができる。

前記ガラス組成物において、Ｌｕ、Ｓｉ、Ａｌ及びＯを合計で９９．９９重量％以上、好ましくは１００重量％に限りなく近い方が、結晶化や分相を避ける上で望ましい。しかしながら、結晶化や分相を促進させず、あるいはガラス化を安定化させるのであれば、異なる元素を含有していてもよい。

また、前記ガラス組成物において、Ｌｕ、Ｓｉ、Ａｌ及びＯを合計で９９．９９重量％以上、好ましくは１００重量％に限りなく近い方が、紫外光透過性を向上させる上で望ましい。しかしながら、紫外光透過性を低減させず、あるいは紫外光透過性を促進させるのであれば、異なる元素を含有していてもよい。

ＬｕとＳｉとＡｌの含有割合が、陽イオン％で示した６組成点で囲まれた組成域の範囲であると、相対的に安定で大きなガラス組成物となるが、この範囲を外れると、ガラス化が不安定で、結晶が混在したり、分相が生じる。

図２は、ｘＳｉＯ_２・（１００−ｘ）（７／１３ＡｌＯ_３／２・６／１３ＬｕＯ_３／２）ガラスの光学的バンドギャップを示す図である。図２に、前記の６つの組成点に囲まれた組成域内で、ＳｉＯ_２含有量を系統的に変化させた場合の光学的バンドギャップの変化を示す。ＳｉＯ_２の含有量が減少するに従い、光学的バンドギャップが系統的に減少していることが分かる。このことは、ＳｉＯ_２、ＡｌＯ_３／２、ＬｕＯ_３／２の中で最もバンドギャップが大きいＳｉＯ_２が減少することが原因になっていると考えられる。したがって、紫外光波長域の透過性を向上させる上では、ＳｉＯ_２＞ＡｌＯ_３／２＞ＬｕＯ_３／２の順に含有量が多いことが望ましい。

一方、バンドギャップと屈折率は経験的にトレードオフの関係にあることが知られている。すなわち、屈折率の向上の観点では、ＬｕＯ_３／２＞ＡｌＯ_３／２＞ＳｉＯ_２の順に含有量が多いことが望ましい。図３は、（１００−ｘ）（１／２ＳｉＯ_２・１／２ＡｌＯ_３／２）・ｘＬｕＯ_３／２ガラスの波長２４８ｎｍにおける屈折率を示す図である。図３には、前記の６つの組成点に囲まれた組成域内で、ＬｕＯ_３／２含有量を系統的に変化させた場合の、波長２４８ｎｍの屈折率の変化を示す。ＬｕＯ_３／２の増加に伴い、屈折率が系統的に増大していることが分かる。

また、不純物はガラス化の阻害、欠陥の生成などに寄与することが多いため１００ｐｐｍ以下に制御することが適当である。しかしながら、ガラス化を阻害せず、欠陥の生成を抑制するのであれば、そのような元素を加えても良い。さらに、生成する欠陥を、目的とする特性を害さない、異なる欠陥に変えるような効果を持つのであれば、異なる元素を加えても良い。異なる元素としては、例えばフッ素や水素が挙げられる。

本発明のガラス組成物は、光学材料、光学薄膜に用いることができる。
具体的には、本発明のガラス組成物は、そのものをレンズの基材（レンズの硝材）として利用できる他、スパッタリングターゲットとして用いて光学薄膜の形成に利用することもできる。
そして、これらのレンズや光学薄膜は、波長が３６５ｎｍ以下、より好ましくは２４８ｎｍ以下、更には１９３ｎｍ以下の紫外光を透過する光学部材として好適に用いられる。

次に、本発明の光学装置は、光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は光学部材を備え、前記光学部材が、上記のガラス組成物からなる、基材及び／又は光学薄膜を含むことを特徴とする。

また、本発明の光学装置は、光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は、第１の光学部材と、該第１の光学部材より屈折率が高い第２の光学部材とを備え、前記第２の光学部材が、上記のガラス組成物からなる基材を含むことを特徴とする。

前記光源が紫外光、好ましくは３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍのような波長を有する紫外光を発生することを特徴とする。
本発明の光学装置としての露光装置では、波長３６５ｎｍ以下の紫外から真空紫外領域の光（たとえば、ｉ線；波長３６５ｎｍ、ＫｒＦエキシマレーザ；発振波長２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザ；発振波長１９３ｎｍなど）を発生する光源を使用する。これは、露光波長が小さくレンズの開口数が大きいほど、解像線幅を小さくして解像度を向上できるからである。

さらに、露光基板と露光装置の最終レンズとの間に液体を充填することにより、露光基板面における光の波長を実質的に短くして解像度を向上させる液浸式露光装置となっていることが好ましい。

液浸式露光装置は、少なくとも、光源と、照明光学系と、光学マスク（レチクル）と、投影光学系と、液体の供給回収装置とを備えた装置である。そして、投影光学系の露光基板側の先端に設けられたレンズ（最終レンズ）と、感光性膜を有する露光基板との間に、液体を充填した状態で露光が行われる。

このような液浸式露光装置の最終レンズには、光源の光の波長における屈折率および透過率が高いことが要求される。また、真性複屈折や応力複屈折が低いかあるいは存在しないことが要求される。さらには、光源の光に対する耐久性があること、使用する液体に対する耐久性があることが要求される。このため、本発明のガラス組成物からなるレンズを最終レンズとして用いる。投影光学系の残りのレンズは、石英ガラスからなるレンズを用いる。

これらのレンズには必要に応じて反射防止用の光学薄膜が形成される。
図４は液浸式露光装置を示す模式図である。
図４中、液浸式露光装置１１は、マスク（レチクル）１４を境にした照明光学系１３と投影光学系１５と、さらに液体の供給回収装置１７，１８と、露光基板を移動させ得るステージ２５と、レーザ光源２６とを備えている。

投影光学系１５は、相対的に屈折率の低い第１の光学部材として、石英ガラス製のレンズ群と、露光基板側の先端に設けられた相対的に屈折率の高い第二の光学部材として最終レンズ１９とを有する。投影光学系１５は、この最終レンズ１９と、感光性膜を有する露光基板２１との間に、液体２３を充填した状態で、対象物としての感光性膜を有する露光基板２１に紫外光を照射する露光を行う。

この露光によって、光学マスク（レチクル）１４のパターンを縮小して、露光基板２１上に転写することができる。なお、図示した例では、最終レンズ１９と基板２１との間のみに液体２３が保持されているが、これに限定されるものではなく、露光基板２１全体を液体２３に浸す態様であってもよい。液体２３としては、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率（２０℃）が１．４４である純水や、フッ素系有機溶媒などを用いることができる。

本発明の液浸式露光装置は、光源として、波長２００ｎｍ以下のレーザ光源を備えていることが好ましく、より具体的には、ＡｒＦエキシマレーザ発振器を備えていることが好ましい。このような短波長の光を光源として用いることにより、露光装置の解像度を向上させることができる。
そして、本発明の光学部材は、波長が１９３ｎｍの真空紫外光を透過する露光装置用光学部材として好適に用いられる。

次に、本発明の他の光学装置は、紫外光を発生する光源と、前記光源からの前記紫外光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は光学部材を備え、前記光学部材が、Ｌｕ、Ｓｉ及びＡｌを含有する酸化物であり、ＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図において、以下に記す陽イオン％で示した組成点で囲まれた組成域に含まれる。

紫外光用ガラス組成物からなる、基材及び／又は光学薄膜を含むことを特徴とする。すなわち、前記組成点は、以下の６つである。
３２．３ＬｕＯ_３／２・３０．０ＳｉＯ_２・３７．７ＡｌＯ_３／２、
３２．３ＬｕＯ_３／２・３７．７ＳｉＯ_２・３０．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・５５．０ＳｉＯ_２・２４．２ＡｌＯ_３／２、
１０．０ＬｕＯ_３／２・４５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・２４．２ＳｉＯ_２・５５．０ＡｌＯ_３／２、
及び３０．０ＬｕＯ_３／２・２５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２

すなわち、上述した紫外光用ガラス組成物そのものを基材としてレンズを作製する。
あるいは、上記紫外光用ガラス組成物をターゲットとして、スパッタリングを行い、シリコンウエハや石英ガラスなどからなる基材表面上に高屈折率の光学薄膜を形成し、レンズやミラーなどの光学部材レンズを作製する。

そして、本発明の光学部材は、波長が３６５ｎｍ以下、より好ましくは２４８ｎｍ以下、更には１９３ｎｍ以下の紫外光を透過する光学装置用光学部材として好適に用いられる。

以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが２５．４％、Ｓｉが４５．０％、Ａｌが２９．６％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“○”で示した。

具体的には、バッチ量が４００ｍｇでＬｕの陽イオン％が２５．４％であるＬｕ_２Ｏ_３の量は２１８．０７ｍｇである。その計算法は、以下の要領である。

Ｓｉの陽イオン％及びＡｌの陽イオン％も同様に求められる。
Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が３．３４５：１．７９１：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少する。そのため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体を作製した。

この多結晶集合体１を図５に示すガスジェット浮遊装置の銅製ノズル２上にセットし、乾燥空気３を用いて多結晶集合体１を浮遊させた状態で再度、炭酸ガスレーザ４により加熱し多結晶集合体１を完全に融解させた。その状態でレーザの出力を遮断し、急冷することにより透明な球体を得た。この過程を輻射温度計にて温度をモニタしたが、結晶化による発熱反応は見られなかった。

（実施例２）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のそれぞれが陽イオン％でＬｕが２５．４％、Ｓｉが２９．６％、Ａｌが４５．０％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“○”で示した。

Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が２．２０２：０．７７６：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

この多結晶集合体１をガスジェット浮遊装置にセットし、乾燥空気３を用いて浮遊させた状態で再度、炭酸ガスレーザにより加熱し、多結晶集合体１を完全に融解させた。その状態でレーザの出力を遮断し、急冷することにより、球状のガラスを得ることができた。

（実施例３）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが１５．０％、Ｓｉが４２．５％、Ａｌが４２．５％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“○”で示した。Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が１．３７７：１．１７９：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

この多結晶集合体１をガスジェット浮遊装置にセットし乾燥空気３を用いて浮遊させた状態で、再度、炭酸ガスレーザ４により加熱し多結晶集合体１を完全に融解させた。その状態でレーザの出力を遮断し、急冷することにより球状のガラスを得ることができた。

（実施例４から１６）
以下同様にして、表１の実施例４から１６に示したＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％を秤量し、多結晶集合体１を作製した。この組成点を図１に、記号“◎”および“○”で示した。なお、記号“◎”は、実施例４，８，９，１１，１３，１６を示す。記号“○”は、実施例５，６，７，１０，１２，１４，１５を示す。

（比較例１）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが３３．３％、Ｓｉが１１．１％、Ａｌが５５．６％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“◇”で示した。Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が２．３４２：０．２３６：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

この多結晶集合体１をガスジェット浮遊装置にセットし乾燥空気３を用いて浮遊させた状態で再度、炭酸ガスレーザ４により加熱し、多結晶集合体１を完全に融解させた。その状態でレーザの出力を切り急冷したが、回収した試料は透明な部分と白濁した部分が混在し、多結晶が生成した状態であることがわかった。

（比較例２）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが２９．０％、Ｓｉが２２．６％、Ａｌが４８．４％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“◇”で示した。Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が２．３４２：０．５５０：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

（比較例３）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料を、表１に示すように、ガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが３０．０％、Ｓｉが４５．０％、Ａｌが２５．０％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“◇”で示した。Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が４．６８３：２．１２１：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

（比較例４）
ガラス合成の出発材料としてＬｕ_２Ｏ_３（純度９９．９９重量％）、ＳｉＯ_２（日本化成製，商品名：ＭＫＣシリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（純度９９．９９８重量％）を用いた。これらの出発材料をガラス組成においてＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％でＬｕが５．０％、Ｓｉが４７．５％、Ａｌが４７．５％となるように秤量した。なお、この組成点を図１に、記号“◇”で示した。Ｌｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれの量論値は、質量比でＬｕ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３が０．４１１：１．１７９：１．０００であるが、融解時にＳｉＯ_２が昇華し、減少するため、出発材料に占めるＳｉＯ_２の割合を適宜調整した。これらの出発材料を乳鉢中で十分に混合した。その後、この混合物を炭酸ガスレーザ照射で部分的に融解し、レーザの出力を弱めて球状の多結晶集合体１を作製した。

（比較例５から１７）
以下同様にして、表１の比較例５から１７に示したＬｕ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３それぞれが陽イオン％を秤量し、多結晶集合体１を作製した。この組成点を図１に、記号“◇”もしくは記号“×”で示した。

図１において、前記ガラス組成物の組成域は、図５に示すガスジェット浮遊法装置で直径４ｍｍの多結晶集合体１を融解、急冷した際の、ガラス化の容易さから決定した。すなわち、図１の実線で囲まれた前記組成域では、安定にガラス化することができる。一方、前記組成域の外側では、ガラスに結晶が混在したり、あるいは分相が生じたり、または、完全に結晶化する。

図６中の記号“●”あるいは“◆”で囲まれた、それぞれ点線あるいは破線で囲まれた組成域は、特許文献１に開示されている組成域である。図１に示す本発明のガラス組成物の組成域と、図６に示す特許文献１のガラス組成物の組成域とは異なっている。

図１に示す本発明の組成点“◎”で囲まれた組成域では、相対的に安定にガラス化することが分かる。前記６つの組成点“◎”で囲まれた組成域の中では、組成域の中心部に近い方が、相対的に安定にガラス化することから、大きなガラスを作製する上で、好ましい。

本発明のガラス組成物は、真性複屈折が抑えられているので、可視光用のレンズだけでなく、紫外光用のレンズなどの光学部品の材料として利用することができる。

１試料
２ノズル
３乾燥空気
４レーザ光

Claims

Ｌｕ、Ｓｉ及びＡｌを含有する酸化物であり、ＬｕとＳｉとＡｌを陽イオン％で示した三相図において、以下に記す陽イオン％で示した６組成点で囲まれた組成域に含まれることを特徴とするガラス組成物。
３２．３ＬｕＯ_３／２・３０．０ＳｉＯ_２・３７．７ＡｌＯ_３／２、
３２．３ＬｕＯ_３／２・３７．７ＳｉＯ_２・３０．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・５５．０ＳｉＯ_２・２４．２ＡｌＯ_３／２、
１０．０ＬｕＯ_３／２・４５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２、
２０．８ＬｕＯ_３／２・２４．２ＳｉＯ_２・５５．０ＡｌＯ_３／２、
及び３０．０ＬｕＯ_３／２・２５．０ＳｉＯ_２・４５．０ＡｌＯ_３／２
請求項１記載のガラス組成物からなることを特徴とする光学材料。
請求項１記載のガラス組成物からなることを特徴とする光学薄膜。
光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は光学部材を備え、前記光学部材が請求項１記載のガラス組成物からなる、基材及び／又は光学薄膜を含むことを特徴とする光学装置。
光源と、前記光源からの光を対象物に照射する光学系とを有する光学装置において、前記光学系は、第１の光学部材と、該第１の光学部材より屈折率が高い第２の光学部材とを備え、前記第２の光学部材が請求項１記載のガラス組成物からなる基材を含むことを特徴とする光学装置。
前記光源が紫外光を発生することを特徴とする請求項４または請求項５記載の光学装置。