JPH0825773B2 - レーザー光学系の製造素体 - Google Patents
レーザー光学系の製造素体Info
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- JPH0825773B2 JPH0825773B2 JP63021361A JP2136188A JPH0825773B2 JP H0825773 B2 JPH0825773 B2 JP H0825773B2 JP 63021361 A JP63021361 A JP 63021361A JP 2136188 A JP2136188 A JP 2136188A JP H0825773 B2 JPH0825773 B2 JP H0825773B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- oxygen
- optical system
- quartz glass
- glass
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/0305—Selection of materials for the tube or the coatings thereon
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、レーザステッパ装置、レーザ発振装置、レ
ーザーCVD装置、レーザー核融合装置等に用いるレン
ズ、窓部材、ミラー、プリズム、フィルター等の製造素
体として好適なレーザ光学系の製造素体に係り、特に高
出力の且つ短波長域のレーザ光に対し耐久性と高品質性
を保証し得るレーザ光学系の製造素体に関する。
ーザーCVD装置、レーザー核融合装置等に用いるレン
ズ、窓部材、ミラー、プリズム、フィルター等の製造素
体として好適なレーザ光学系の製造素体に係り、特に高
出力の且つ短波長域のレーザ光に対し耐久性と高品質性
を保証し得るレーザ光学系の製造素体に関する。
「従来の技術」 近年におけるLSIの微細化、高集積化の進展は極めて
著しくチップ当たりの素子数が100,000以上のVLSIの時
代に突入し、これに伴ないウエハ上に集積回路パターン
を描画するリソグラフィ技術においてもその開発が急速
に進み、例えば1MビットDRAMに対応するパターン線巾１
μm,更には4MビットDRAMに対応するパターン線巾0.8μ
ｍと、より微細な線幅が描画可能な技術が開発されつつ
あり、これらの微細な線幅描画技術はいずれも光リソグ
ラフィーにより行われている。
著しくチップ当たりの素子数が100,000以上のVLSIの時
代に突入し、これに伴ないウエハ上に集積回路パターン
を描画するリソグラフィ技術においてもその開発が急速
に進み、例えば1MビットDRAMに対応するパターン線巾１
μm,更には4MビットDRAMに対応するパターン線巾0.8μ
ｍと、より微細な線幅が描画可能な技術が開発されつつ
あり、これらの微細な線幅描画技術はいずれも光リソグ
ラフィーにより行われている。
更にリソグラフィー技術分野においては、近い将来に
おいて実現し得る16MビットDRAMに対応するパターン線
巾0.5μｍ線というサブミクロン単位の幅描画技術の開
発も急がねばならないが、このような超微細な線幅描画
技術においても最近の光学系、光源、フォトレジスト等
の着実な進歩からみてやはり光リソグラフィーが主流に
なるものと推定される。
おいて実現し得る16MビットDRAMに対応するパターン線
巾0.5μｍ線というサブミクロン単位の幅描画技術の開
発も急がねばならないが、このような超微細な線幅描画
技術においても最近の光学系、光源、フォトレジスト等
の着実な進歩からみてやはり光リソグラフィーが主流に
なるものと推定される。
確かに光リソグラフィーは、比較的高輝度の光源、高
感度レジスト、安定した光学材料がそろっている等超微
細な線幅描画を行う上で必要な種々の条件を備えている
が、欠点として露光波長が大きいため、回折により解像
力が制限されるという問題がある。
感度レジスト、安定した光学材料がそろっている等超微
細な線幅描画を行う上で必要な種々の条件を備えている
が、欠点として露光波長が大きいため、回折により解像
力が制限されるという問題がある。
その解決策は、光学系の高NA（開口数）化と光の短波
長化である。
長化である。
光学系の光NA化は、NA（開口数）0.4を超える時代に
入っており、試作品としてNA0.6のレンズも開発されて
いるが、高NA化に伴い焦点深度が浅くなる為にその解像
度の向上を図る為の高NA化には限界に来ている。
入っており、試作品としてNA0.6のレンズも開発されて
いるが、高NA化に伴い焦点深度が浅くなる為にその解像
度の向上を図る為の高NA化には限界に来ている。
例えば、NA0.4、波長ｇ線（436nm）にて露光した場、
焦点深度＝±0.5λ／（NA）の経験則を適用すると約±
1.3μｍとなり、レジストの厚さ、段差焦点合せ精度の
現状を考えると許容限界に近い。
焦点深度＝±0.5λ／（NA）の経験則を適用すると約±
1.3μｍとなり、レジストの厚さ、段差焦点合せ精度の
現状を考えると許容限界に近い。
そこで、次の短波長化が検討されることになる。
しかしながら光の短波長化を図る為に、400μｍ以下
の紫外線を用いた場合は、従来の光学ガラスを用いたレ
ンズでは使用波長が365nm（ｉ線）付近より光透過率が
急激に低下して、言い変えれば光吸収と該光吸収による
発熱が生じ、該レンズの焦点位置やその他の特性を狂わ
せることになる。
の紫外線を用いた場合は、従来の光学ガラスを用いたレ
ンズでは使用波長が365nm（ｉ線）付近より光透過率が
急激に低下して、言い変えれば光吸収と該光吸収による
発熱が生じ、該レンズの焦点位置やその他の特性を狂わ
せることになる。
光透過率レンズ材料を石英ガラスや蛍石に代えたとし
ても、通常の紫外線光では光スペクトル巾が広いため色
収差補正は大変困難である。
ても、通常の紫外線光では光スペクトル巾が広いため色
収差補正は大変困難である。
そこでスペクトル巾の狭いレーザー光を使うことが考
えられ、光リソグラフィー用のレーザーの中で最も完成
度の高いものがエキシマレーザーである。
えられ、光リソグラフィー用のレーザーの中で最も完成
度の高いものがエキシマレーザーである。
エキシマレーザーは短波長域、主として紫外域で発振
する高出力パルスレーザーであり、エキシマレーザーの
種類としては、Xe2（172nm）,Kr2（146nm）,Ar2（126n
m），等の希ガスエキシマ、XeO（538,546nm）,KrO（558
nm），等の希ガス酸素エキシマ、HgI（443nm）等の水銀
ハライドエキシマ、KrF（248nm）,XeCl（308nm）,ArF
（193nm）等の希ガスハライドエキシマなど、合計数10
種類におよぶが、発振効率とガス寿命の点から、KrF（2
48nm）,XeCl（308nm）,ArF（193nm）等が特に有利であ
る。
する高出力パルスレーザーであり、エキシマレーザーの
種類としては、Xe2（172nm）,Kr2（146nm）,Ar2（126n
m），等の希ガスエキシマ、XeO（538,546nm）,KrO（558
nm），等の希ガス酸素エキシマ、HgI（443nm）等の水銀
ハライドエキシマ、KrF（248nm）,XeCl（308nm）,ArF
（193nm）等の希ガスハライドエキシマなど、合計数10
種類におよぶが、発振効率とガス寿命の点から、KrF（2
48nm）,XeCl（308nm）,ArF（193nm）等が特に有利であ
る。
そしてかかるレーザー光を光源とする場合のレンズ材
料としては前述したように石英ガラス又は蛍石に限定さ
れるが、前記レーザ光はいずれも波長が350nm以下の短
波長であるが故にこれら光学材料の屈折率の均一性は従
来の水銀灯の紫外線使用波長であるｇ線（436nm）或い
はｉ線（365nm）の場合に比較して１桁以上高い（Δｎ
＝略１×10-7〜１×10-6、Δn:屈折率変動幅）ものが好
ましいとされているが、前記レンズ材料の内、蛍石につ
いては屈折率の均一性と最大寸法、加工時の吸湿性と機
械的強度に問題が多く残されており、この為短波長域の
レーザ光に対し耐久性と高品質性を保証し得るレーザ光
学系の製造素体としては石英ガラス以外には見出せな
い。
料としては前述したように石英ガラス又は蛍石に限定さ
れるが、前記レーザ光はいずれも波長が350nm以下の短
波長であるが故にこれら光学材料の屈折率の均一性は従
来の水銀灯の紫外線使用波長であるｇ線（436nm）或い
はｉ線（365nm）の場合に比較して１桁以上高い（Δｎ
＝略１×10-7〜１×10-6、Δn:屈折率変動幅）ものが好
ましいとされているが、前記レンズ材料の内、蛍石につ
いては屈折率の均一性と最大寸法、加工時の吸湿性と機
械的強度に問題が多く残されており、この為短波長域の
レーザ光に対し耐久性と高品質性を保証し得るレーザ光
学系の製造素体としては石英ガラス以外には見出せな
い。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、前記のような短波長域のレーザー光源
を用いた場合、例え石英ガラスを用いてレーザ光学系を
製作したとしても、高出力パルス光である短波長レーザ
ー光が長時間照射されると時間経過とともに、石英ガラ
スレンズがダメージを受け、歪が入り複屈折が起こるの
みならず、前記短波長レーザー光の長時間照射により、
透過率の低下、絶対屈折率の上昇、屈折率分布の変動が
起こり、最終的にクラックが発生するという問題が派生
する。
を用いた場合、例え石英ガラスを用いてレーザ光学系を
製作したとしても、高出力パルス光である短波長レーザ
ー光が長時間照射されると時間経過とともに、石英ガラ
スレンズがダメージを受け、歪が入り複屈折が起こるの
みならず、前記短波長レーザー光の長時間照射により、
透過率の低下、絶対屈折率の上昇、屈折率分布の変動が
起こり、最終的にクラックが発生するという問題が派生
する。
特に、エキシマレーザーリソグラフィー用の石英ガラ
スレンズに対しては、前述したように、屈折率分布のΔ
ｎが１×10-6以下が好ましいとされており、前記のよう
な石英ガラスの光学的物性変化が起こると、レンズの光
軸、焦点位置が変動し、微細かつ鮮明パターンの形成が
極めて困難となる。
スレンズに対しては、前述したように、屈折率分布のΔ
ｎが１×10-6以下が好ましいとされており、前記のよう
な石英ガラスの光学的物性変化が起こると、レンズの光
軸、焦点位置が変動し、微細かつ鮮明パターンの形成が
極めて困難となる。
又、特に300nm以下の短波長レーザー光が照射される
と従来の光学ガラスより光学的安定性の高い石英ガラス
においても蛍光を発生し、特にエキシマレーザーステッ
パのように投影露光型の装置においては、レンズその他
の光学系から蛍光がレーザー光とともにウエハ上のフォ
トレジストに感応してしまい、鮮明パターンの形成が困
難となる。
と従来の光学ガラスより光学的安定性の高い石英ガラス
においても蛍光を発生し、特にエキシマレーザーステッ
パのように投影露光型の装置においては、レンズその他
の光学系から蛍光がレーザー光とともにウエハ上のフォ
トレジストに感応してしまい、鮮明パターンの形成が困
難となる。
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前述した石英
ガラスに新たに別異の要素を加味する事により、長時間
にわたる屈折率、透過率等の安定性を確保するととも
に、蛍光の低減をはかり、エキシマレーザー用のレーザ
光学系材料として極めて好適なレーザ光学系製造素体を
提供する事を目的とする。
ガラスに新たに別異の要素を加味する事により、長時間
にわたる屈折率、透過率等の安定性を確保するととも
に、蛍光の低減をはかり、エキシマレーザー用のレーザ
光学系材料として極めて好適なレーザ光学系製造素体を
提供する事を目的とする。
「課題を解決する為の手段」 石英ガラスを用いてレーザ光学系を形成した場合にお
いても、レーザ光を短波長化するに連れ蛍光が発生し、
特に略300nm以下の波長域においては蛍光発生度合が強
くなることも先に説明した通りである。
いても、レーザ光を短波長化するに連れ蛍光が発生し、
特に略300nm以下の波長域においては蛍光発生度合が強
くなることも先に説明した通りである。
一方石英ガラス組織中にLi,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti,Cr,Mn,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ge等の不純物金属元素が存在すると、
レーザ光照射により蛍光を発生し、又劣化を受けやすい
事は当業者ならば容易に推定される。
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ge等の不純物金属元素が存在すると、
レーザ光照射により蛍光を発生し、又劣化を受けやすい
事は当業者ならば容易に推定される。
一方、現在、SiCl4等のけい素化合物を原料として、
スート法あるいはプラズマ法等により石英ガラスを合成
する事により、きわめて高純度の石英ガラスが形成出来
る事が知られており、そこで本発明者等は前記したスー
ト法あるいはプラズマ法で形成した高純度の合成石英ガ
ラスと普通純度の合成石英ガラスとを用いて試験片を作
成し、該試験片に、エネルギー密度（J/cm2・pulse）
と、総照射パルス数（pulse）を変化させた同一波長域
（248nm）の短波長エキシマレーザ光を照射させ、その
蛍光特性、透過率、屈折率変化、及びクラック発生の有
無について調査してみた。
スート法あるいはプラズマ法等により石英ガラスを合成
する事により、きわめて高純度の石英ガラスが形成出来
る事が知られており、そこで本発明者等は前記したスー
ト法あるいはプラズマ法で形成した高純度の合成石英ガ
ラスと普通純度の合成石英ガラスとを用いて試験片を作
成し、該試験片に、エネルギー密度（J/cm2・pulse）
と、総照射パルス数（pulse）を変化させた同一波長域
（248nm）の短波長エキシマレーザ光を照射させ、その
蛍光特性、透過率、屈折率変化、及びクラック発生の有
無について調査してみた。
この結果、高純度の合成石英ガラスの方が、蛍光特
性、屈折率、透過率等の光学特性が優れ有為差がみらた
が、尚、短波長のエキシマレーザー用のレーザ光学系製
造素体として十分満足する結果が得られなかった。
性、屈折率、透過率等の光学特性が優れ有為差がみらた
が、尚、短波長のエキシマレーザー用のレーザ光学系製
造素体として十分満足する結果が得られなかった。
そこで、本発明者等はこの合成石英ガラスについて分
析を加えた所、 前記合成石英ガラスのガラス組織（SiO2）中には下記
式で示される酸素欠損型欠陥、あるいは下記式で示
される酸素過剰型欠陥が存在すること、そしてこれらの
酸素欠陥が多く存在する光学用ガラス素体は、例えばレ
ーザ光照射により光学的特性の劣化を受け易い事を突き
止めた。
析を加えた所、 前記合成石英ガラスのガラス組織（SiO2）中には下記
式で示される酸素欠損型欠陥、あるいは下記式で示
される酸素過剰型欠陥が存在すること、そしてこれらの
酸素欠陥が多く存在する光学用ガラス素体は、例えばレ
ーザ光照射により光学的特性の劣化を受け易い事を突き
止めた。
そしてレンズ等の光学用石英ガラスにおいて、レーザ
光照射による光学的特性の劣化と酸素欠陥との関係を記
載した刊行物は本出願前に何等存在しない。
光照射による光学的特性の劣化と酸素欠陥との関係を記
載した刊行物は本出願前に何等存在しない。
従って酸素欠陥が多く存在する光学用石英ガラス素体
が、レーザ光照射により光学的特性の劣化を受け易い事
を突き止めた知見は本出願人のみが始めて知り得た新規
な事項である。
が、レーザ光照射により光学的特性の劣化を受け易い事
を突き止めた知見は本出願人のみが始めて知り得た新規
な事項である。
そこで前記合成石英ガラスを酸化又は／及び還元雰囲
気下で熱処理を行って前記酸素欠陥を低減又は実質的に
除去した石英ガラスにより試験片を作成し、該試験片に
前記と同様に短波長エキシマレーザ光を照射させ、その
蛍光特性等を調査してみた所、蛍光特性の光学特性は酸
素欠陥に依存して劣化する事が知見され、且つ該酸素欠
陥を実質的に除去する事により、短波長のエキシマレー
ザー用のレーザ光学系製造素体として十分満足する結果
が得られた。
気下で熱処理を行って前記酸素欠陥を低減又は実質的に
除去した石英ガラスにより試験片を作成し、該試験片に
前記と同様に短波長エキシマレーザ光を照射させ、その
蛍光特性等を調査してみた所、蛍光特性の光学特性は酸
素欠陥に依存して劣化する事が知見され、且つ該酸素欠
陥を実質的に除去する事により、短波長のエキシマレー
ザー用のレーザ光学系製造素体として十分満足する結果
が得られた。
更に、前記石英ガラス合成時における、四塩化ケイ素
ガスと酸素水素ガスとの混合比を変化させてOH基含有量
の異なる試験片を用いて光学特性を比較した所、試験片
のOH基含有量を増大させる事により、前記蛍光特性、屈
折率、透過率等の光学特性が向上する事が知見出来た。
ガスと酸素水素ガスとの混合比を変化させてOH基含有量
の異なる試験片を用いて光学特性を比較した所、試験片
のOH基含有量を増大させる事により、前記蛍光特性、屈
折率、透過率等の光学特性が向上する事が知見出来た。
従って本発明は上述した知見と実験結果に基づいてな
されたものであり、その特徴とするところは、レーザ光
学系のガラス素体を高純度の石英ガラスで形成すると共
に、該ガラス組織中に酸素欠陥が実質的に存在しないよ
うに設定し、且つ該ガラス材組織中のOH基含有量を少な
くとも300ppm以上に設定したことにある。
されたものであり、その特徴とするところは、レーザ光
学系のガラス素体を高純度の石英ガラスで形成すると共
に、該ガラス組織中に酸素欠陥が実質的に存在しないよ
うに設定し、且つ該ガラス材組織中のOH基含有量を少な
くとも300ppm以上に設定したことにある。
高純度の石英ガラスとしては、Li,Na,Kのアルカリ金
属元素及びMg,Caのアルカリ土類金属元素が夫々0.1ppm
以下、Ti,Cr,Fe,Cuの遷移金属元素及びAl元素が夫々0.0
1ppm以下であるものをいう。
属元素及びMg,Caのアルカリ土類金属元素が夫々0.1ppm
以下、Ti,Cr,Fe,Cuの遷移金属元素及びAl元素が夫々0.0
1ppm以下であるものをいう。
これにより、短波長域レーザー光に使用されるレーザ
ー光学系の蛍光発生を低減させ、屈折率、透過率等の安
定性を向上させることが出来るのみならず、特に250nm
以下の高出力レーザ光学系の製造素体として特に好適な
レーザ光学系の製造素体を提供し得る。
ー光学系の蛍光発生を低減させ、屈折率、透過率等の安
定性を向上させることが出来るのみならず、特に250nm
以下の高出力レーザ光学系の製造素体として特に好適な
レーザ光学系の製造素体を提供し得る。
尚本発明における、酸素欠陥とは前記したように酸素
欠損型欠陥及び酸素過剰型欠陥の両方を意味する。
欠損型欠陥及び酸素過剰型欠陥の両方を意味する。
そして「実質的に酸素欠陥を有しない」とは、Shelby
（1980）法を参考にして前記ガラス組織中の欠損酸素原
子濃度及び過剰酸素原子濃度を測定した場合その測定値
が検出限界以下、具体的には理想的なガラス組織（Si
O2）に対し、不足又は過剰の酸素原子数が、ガラス1g中
におおむね1017個以下であることを言う。ちなみに酸素
過剰型欠陥の場合過剰の酸素原子濃度1017個（ガラス1g
当り）は約3ppmに相当し、又これが1019個であると約30
0ppmに相当する。
（1980）法を参考にして前記ガラス組織中の欠損酸素原
子濃度及び過剰酸素原子濃度を測定した場合その測定値
が検出限界以下、具体的には理想的なガラス組織（Si
O2）に対し、不足又は過剰の酸素原子数が、ガラス1g中
におおむね1017個以下であることを言う。ちなみに酸素
過剰型欠陥の場合過剰の酸素原子濃度1017個（ガラス1g
当り）は約3ppmに相当し、又これが1019個であると約30
0ppmに相当する。
ここでShelby（1980）法による酸素過剰型欠陥の過剰
酸素濃度の測定は、高温で水素と反応させた時に生ずる
OH基の赤外吸収を測定して定量するものであり、酸素欠
損型欠陥の欠損酸素濃度の測定は、高温で酸素ガスと反
応させた時減少する7.6eV（163nm）の吸収ピークを測定
して定量するものである。
酸素濃度の測定は、高温で水素と反応させた時に生ずる
OH基の赤外吸収を測定して定量するものであり、酸素欠
損型欠陥の欠損酸素濃度の測定は、高温で酸素ガスと反
応させた時減少する7.6eV（163nm）の吸収ピークを測定
して定量するものである。
「作用」 かかる技術手段によれば、短波長域レーザー光に使用
されるレーザー光学系の蛍光発生を低減させ、屈折率、
透過率等の安定性を向上させることが出来るのみなら
ず、特に250nm以下の高出力レーザ光学系の製造素体と
して特に好適なレーザ光学系の製造素体を提供し得る。
されるレーザー光学系の蛍光発生を低減させ、屈折率、
透過率等の安定性を向上させることが出来るのみなら
ず、特に250nm以下の高出力レーザ光学系の製造素体と
して特に好適なレーザ光学系の製造素体を提供し得る。
この場合、酸素欠陥の存在が何故光学特性に悪影響を
及ぼすかその理由についてはさだかではないが、下記の
理由によるものと推定される。
及ぼすかその理由についてはさだかではないが、下記の
理由によるものと推定される。
即ちガラス組織中に、不純物に加えて酸素欠陥が存在
すると、前記ガラス組織を構成する元素間の結合が、理
想的石英ガラスの元素間の結合に比較して弱くなり、該
レーザー光のエネルギーにより係合が切断されやすくな
り、そして石英ガラスの元素間の結合が切断されること
により密度変化を起こし、屈折率を変化させるものと推
定される。又同様に不純物もしくは酸素欠陥の存在が前
駆体となり、レーザー光照射後各種のカラーセンターを
形成し、透過率の低下をもたらし、更に不純物元素の存
在及び前記カラーセンターの形成に伴って、レーザー照
射中の石英ガラスの蛍光波長と強度が決り、これにより
蛍光が発生し易くなるものと思慮される。
すると、前記ガラス組織を構成する元素間の結合が、理
想的石英ガラスの元素間の結合に比較して弱くなり、該
レーザー光のエネルギーにより係合が切断されやすくな
り、そして石英ガラスの元素間の結合が切断されること
により密度変化を起こし、屈折率を変化させるものと推
定される。又同様に不純物もしくは酸素欠陥の存在が前
駆体となり、レーザー光照射後各種のカラーセンターを
形成し、透過率の低下をもたらし、更に不純物元素の存
在及び前記カラーセンターの形成に伴って、レーザー照
射中の石英ガラスの蛍光波長と強度が決り、これにより
蛍光が発生し易くなるものと思慮される。
次にOH基含有量に対する光学特性の影響についてはさ
だかではないが、以下のように考えられる。
だかではないが、以下のように考えられる。
石英ガラスに強力なレーザー光を照射すると、ガラス
網目構造を構成する元素間の結合が切断され、その結果
透過率が低下し、吸収バンドが現われ、且つ蛍光強度も
増加する。
網目構造を構成する元素間の結合が切断され、その結果
透過率が低下し、吸収バンドが現われ、且つ蛍光強度も
増加する。
しかし、これら元素間の切断も、石英ガラス中に含ま
れるOH基そのものや、OH基の水素元素の存在や移動によ
り大部分が修復されるものと推定している。又クラック
の発生についても、OH基が多量に含まれると上記理由に
より吸収バンドの発生が小さくなり、その結果として光
吸収が少なくなり、クラックが少なくなると考えてい
る。
れるOH基そのものや、OH基の水素元素の存在や移動によ
り大部分が修復されるものと推定している。又クラック
の発生についても、OH基が多量に含まれると上記理由に
より吸収バンドの発生が小さくなり、その結果として光
吸収が少なくなり、クラックが少なくなると考えてい
る。
「実験例」 先ず本発明の効果を確認するために、下記のような製
造法でエキシマレーザ照射実験用試験片を各々複数個用
意する。
造法でエキシマレーザ照射実験用試験片を各々複数個用
意する。
原料四塩化ケイ素を蒸留処理して不純物を除去させた
後、テフロンライニング付ステンレス製容器に貯溜した
高純度四塩化ケイ素と前記蒸留を行わない普通純度の四
塩化ケイ素とを用意し、これらを各々テフロンライニン
グ付パイプを通してスート合成バーナーに導入し、純度
の異なるスート体を合成する。この際特に高純度四塩化
ケイ素を用いたスート体においては、該四塩化ケイ素ガ
スと酸水素ガスの混合比を変化させるなど条件を変えて
OH基含有量の異なるスート体を複数個合成する。
後、テフロンライニング付ステンレス製容器に貯溜した
高純度四塩化ケイ素と前記蒸留を行わない普通純度の四
塩化ケイ素とを用意し、これらを各々テフロンライニン
グ付パイプを通してスート合成バーナーに導入し、純度
の異なるスート体を合成する。この際特に高純度四塩化
ケイ素を用いたスート体においては、該四塩化ケイ素ガ
スと酸水素ガスの混合比を変化させるなど条件を変えて
OH基含有量の異なるスート体を複数個合成する。
その後、これら複数個のスート体を電気炉内におい
て、温度勾配をつけながら透明ガラス化を行い、石英ガ
ラスイゴットとする。
て、温度勾配をつけながら透明ガラス化を行い、石英ガ
ラスイゴットとする。
次に、前記インゴットの酸素欠陥濃度を調べてみる
と、各インゴットとも酸素欠損濃度が約１〜1019〜１×
1018ケ/g（SiO2）有していたために、一部のインゴット
を残して、他のインゴットを順次加熱炉内の石英ガラス
チャンバー内に設置して、アルゴンガスで稀釈した酸素
ガスの濃度と熱処理温度選択的に変化させながら、酸化
性雰囲気で約1000℃前後の加熱温度で熱処理して、前記
酸素欠損型欠陥を低減させた。
と、各インゴットとも酸素欠損濃度が約１〜1019〜１×
1018ケ/g（SiO2）有していたために、一部のインゴット
を残して、他のインゴットを順次加熱炉内の石英ガラス
チャンバー内に設置して、アルゴンガスで稀釈した酸素
ガスの濃度と熱処理温度選択的に変化させながら、酸化
性雰囲気で約1000℃前後の加熱温度で熱処理して、前記
酸素欠損型欠陥を低減させた。
尚、例えばアルゴンプラズマ法に基づいても高純度の
合成石英ガラスが形成出来るが、この場合の酸素欠陥は
スート法とは逆に酸素過剰型欠陥である為に、還元性雰
囲気で熱処理して前記酸素過剰型欠陥濃度を低減させる
のがよい。
合成石英ガラスが形成出来るが、この場合の酸素欠陥は
スート法とは逆に酸素過剰型欠陥である為に、還元性雰
囲気で熱処理して前記酸素過剰型欠陥濃度を低減させる
のがよい。
尚、酸素過剰型欠陥は、高温で水素と反応させた時発
生するOH基の赤外吸収ピークの増大を測定することによ
り検知出来、酸素欠損型欠陥は、真空紫外域7.6eV（163
nm）の吸収ピークの存在、及び高温で酸素と反応させた
時減少する7.6eV吸収ピークを測定することにより検知
出来る。
生するOH基の赤外吸収ピークの増大を測定することによ
り検知出来、酸素欠損型欠陥は、真空紫外域7.6eV（163
nm）の吸収ピークの存在、及び高温で酸素と反応させた
時減少する7.6eV吸収ピークを測定することにより検知
出来る。
そしてかかる石英ガラスインゴットの不純物濃度を測
定してみるとスート法による普通純度の四塩化ケイ素を
用いたインゴットにおいては、Feが520ppb、Mgが260pp
b、Alが100ppb、Cuが30ppbで、Li,Na,K,Caは100ppb以
下、Ti,Cr,Alは10ppb以下であった。
定してみるとスート法による普通純度の四塩化ケイ素を
用いたインゴットにおいては、Feが520ppb、Mgが260pp
b、Alが100ppb、Cuが30ppbで、Li,Na,K,Caは100ppb以
下、Ti,Cr,Alは10ppb以下であった。
一方高純度の四塩化ケイ素を用いたスート法のインゴ
ットにおいては、Li,Na,K,Mg,Ca,Ti,Cr,Fe,Mg,Al,Cu,等
金属元素不純物含有量はすべて検出限界以下であった。
ットにおいては、Li,Na,K,Mg,Ca,Ti,Cr,Fe,Mg,Al,Cu,等
金属元素不純物含有量はすべて検出限界以下であった。
次にかかるインゴットのOH基の含有量を調べてみると
下記実験結果一覧表の記載の通りであった。
下記実験結果一覧表の記載の通りであった。
そしてこのようにして形成した合成石英インゴットを
30×20×10mmの寸法に切断しかつ両面鏡面仕上げを行っ
てエキシマレーザ照射実験用試験片を各々に12個作成す
る。
30×20×10mmの寸法に切断しかつ両面鏡面仕上げを行っ
てエキシマレーザ照射実験用試験片を各々に12個作成す
る。
次にこれらの各12個の試験片に対して、248nm（KrF）
の波長域を有するレーザ光についてパルス当りエネルギ
ー密度200、400、600、800（mJ/cm2・pulse）、及び照
射パルス数１×104、１×105、１×106（pulse）の組合
せから成る照射条件にて照射を行った。
の波長域を有するレーザ光についてパルス当りエネルギ
ー密度200、400、600、800（mJ/cm2・pulse）、及び照
射パルス数１×104、１×105、１×106（pulse）の組合
せから成る照射条件にて照射を行った。
そして、前記照射終了後の各試験片について干渉計に
て屈折率分布変化、透過率計にてソーラリゼーション、
蛍光測定器にて蛍光強度測定、及び目視にてクラックの
有無の判定を行い、その結果を下記実験結果一覧表に示
す。
て屈折率分布変化、透過率計にてソーラリゼーション、
蛍光測定器にて蛍光強度測定、及び目視にてクラックの
有無の判定を行い、その結果を下記実験結果一覧表に示
す。
下記一覧表より理解される如く、蛍光特性、透過率及
び屈折率の安定性、等については、普通純度の試験片と
高純度の試験片とでは、明らかに有意差がみられ、その
主原因が石英ガラスに含まれる不純物元素である事が確
認出来たが（試料１）〜３）、７）〜９））、不純物元
素の濃度低減に加えて酸素欠陥にも依存することが知見
出来た。（試料１）〜３）、４）〜６）、７）〜10）の
各グループ） 次に高純度の試験片同士を比較すると、酸素欠陥濃度
が約１×1017ケ/g（SiO2）以上では、蛍光強度、透過率
及び屈折率の安定性、クラックの発生がいずれも問題が
残るが酸素欠陥濃度が実質的に存在しなければ（検出限
界以下であれば）、蛍光強度、透過率及び屈折率の安定
性、クラックの発生が、いずれも実用化に耐える程度に
低減する。（試料９）、10）） 更に前記試料６）と９）又は10）より理解されるよう
に、OH基含有量の増大に従って光学特性が向上する事が
理解され、特にOH基含有量を300ppm以上に設定する事に
より、好ましい光学特性が得られ、250nm以下の高出力
レーザ光学系の製造素体として好適なレーザ光学系の製
造素体の提供が可能となる。
び屈折率の安定性、等については、普通純度の試験片と
高純度の試験片とでは、明らかに有意差がみられ、その
主原因が石英ガラスに含まれる不純物元素である事が確
認出来たが（試料１）〜３）、７）〜９））、不純物元
素の濃度低減に加えて酸素欠陥にも依存することが知見
出来た。（試料１）〜３）、４）〜６）、７）〜10）の
各グループ） 次に高純度の試験片同士を比較すると、酸素欠陥濃度
が約１×1017ケ/g（SiO2）以上では、蛍光強度、透過率
及び屈折率の安定性、クラックの発生がいずれも問題が
残るが酸素欠陥濃度が実質的に存在しなければ（検出限
界以下であれば）、蛍光強度、透過率及び屈折率の安定
性、クラックの発生が、いずれも実用化に耐える程度に
低減する。（試料９）、10）） 更に前記試料６）と９）又は10）より理解されるよう
に、OH基含有量の増大に従って光学特性が向上する事が
理解され、特にOH基含有量を300ppm以上に設定する事に
より、好ましい光学特性が得られ、250nm以下の高出力
レーザ光学系の製造素体として好適なレーザ光学系の製
造素体の提供が可能となる。
「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、石英ガラスの高純度
化とともに酸素欠陥濃度及びOH基含有量というの別異の
２つの要素を加味する事により、前記光学特性や耐クラ
ック性等の向上を図るとともに、長時間にわたる屈折
率、透過率等の安定性を確保し、高出力エキシマレーザ
ー用レーザ光学系材料として極めて好適な製造素体を得
る事が出来る。
化とともに酸素欠陥濃度及びOH基含有量というの別異の
２つの要素を加味する事により、前記光学特性や耐クラ
ック性等の向上を図るとともに、長時間にわたる屈折
率、透過率等の安定性を確保し、高出力エキシマレーザ
ー用レーザ光学系材料として極めて好適な製造素体を得
る事が出来る。
又本発明はリソグラフィー装置その他の高集積回路製
造装置のみならず、レーザ核融合装置その他の高出力エ
キシマレーザーに使用されるレーザ光学系の製造素体に
も十分適用可能である。
造装置のみならず、レーザ核融合装置その他の高出力エ
キシマレーザーに使用されるレーザ光学系の製造素体に
も十分適用可能である。
等の種々の著効を有す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須釜 明彦 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信越 石英株式会社石英技術研究所内 (72)発明者 剣持 克彦 福島県郡山市田村町金屋字川久保88 信越 石英株式会社石英技術研究所内 (56)参考文献 実願 昭61−89685号（実開 昭62− 91608号）の願書に添付した明細書及び図 面の内容を撮影したマイクロフィルム（Ｊ Ｐ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】略400nm以下の特定波長域のレーザ光に使
用されるレーザ光学系素体において、前記素体をLi,Na,
Kのアルカリ金属元素及びMg,Caのアルカリ土類金属元素
が夫々0.1ppm以下、Ti,Cr,Fe,Cuの遷移金属元素及びAl
元素が夫々0.01ppm以下である高純度の石英ガラスで形
成するとともに、 該石英ガラス組織中に、前記ガラス組織中に含まれるOH
基含有量を少なくとも300ppm以上に設定し、 且つ理想的なガラス組織（SiO2）に対し、不足又は過剰
の酸素原子数が、ガラス1g中におおむね1017個以下に設
定した事を特徴とするレーザ光学系の製造素体
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021361A JPH0825773B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | レーザー光学系の製造素体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021361A JPH0825773B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | レーザー光学系の製造素体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01197343A JPH01197343A (ja) | 1989-08-09 |
| JPH0825773B2 true JPH0825773B2 (ja) | 1996-03-13 |
Family
ID=12052955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63021361A Expired - Lifetime JPH0825773B2 (ja) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | レーザー光学系の製造素体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825773B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410428A (en) * | 1990-10-30 | 1995-04-25 | Shin-Etsu Quartz Products Co. Ltd. | Optical member made of high-purity and transparent synthetic silica glass and method for production thereof or blank thereof |
| JPH08713B2 (ja) * | 1991-03-30 | 1996-01-10 | 信越石英株式会社 | シリカガラスを用いた光学体 |
| DE4206182C2 (de) * | 1992-02-28 | 1996-02-08 | Heraeus Quarzglas | Bauteil für die Übertragung von energiereichem Licht und Verwendung des Bauteils |
| DE10308466A1 (de) * | 2003-02-21 | 2004-09-02 | Carl Zeiss Smt Ag | Verfahren zur Herstellung von strahlungsresistentem Quarzglasmaterial und Quarzglasmaterial |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0425682Y2 (ja) * | 1986-06-11 | 1992-06-19 |
-
1988
- 1988-02-02 JP JP63021361A patent/JPH0825773B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01197343A (ja) | 1989-08-09 |
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