JPH10316435A - 合成石英ガラス光学部材の製造方法および光学部材 - Google Patents

合成石英ガラス光学部材の製造方法および光学部材

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JPH10316435A
JPH10316435A JP9124529A JP12452997A JPH10316435A JP H10316435 A JPH10316435 A JP H10316435A JP 9124529 A JP9124529 A JP 9124529A JP 12452997 A JP12452997 A JP 12452997A JP H10316435 A JPH10316435 A JP H10316435A
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pipe
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Masashi Fujiwara
誠志 藤原
Kazuhiro Nakagawa
和博 中川
Hiroki Jinbo
宏樹 神保
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Nikon Corp
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415Reactant delivery systems
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B2207/04Multi-nested ports
    • C03B2207/06Concentric circular ports
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次処理で水素分子を大口径の石英ガラス光
学部材に均一に導入するには、拡散係数から考えてもか
なりの長時間を有し、中央部の水素分子濃度が周辺部に
比べ小さくなる。 【解決手段】 水素分子の導入を合成時に行うことによ
り水素分子導入のための二次処理が不要になることに着
目し、多重管構造のバーナを用いて水素分子を合成時に
石英ガラスに導入する製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は石英ガラスの製造方
法に関するものであり、特に、紫外線レーザ全般に使用
される合成石英ガラス光学部材の製造方法及びそれによ
り製造された紫外用合成石英ガラス光学部材に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパと呼ばれる露光装置が用いられて
いる。このステッパの光源は、近年のLSIの高集積化
にともなってg線(436nm)からi線(365n
m)、さらにはKrF(248nm)やArF(193
nm)エキシマレーザへと短波長化が進められている。
【0003】一般に、ステッパの照明系あるいは投影レ
ンズとして用いられる光学ガラスは、i線よりも短い波
長領域では光透過率が低下するため、従来の光学ガラス
にかえて、合成石英ガラスやCaF2(螢石)等のフッ
化物単結晶を用いることが提案されている。ステッパに
搭載される光学系は多数のレンズの組み合わせにより構
成されており、たとえレンズ一枚当たりの透過率低下量
が小さくとも、それが使用レンズ枚数分だけ積算されて
しまい、照射面での光量低下につながるため、素材に対
して高透過率化が要求されている。また、使用波長が短
くなるほど、屈折率分布のほんの小さなむらによってで
も結像性能が極端に悪くなる。
【0004】このように、紫外線リソグラフィー用の光
学素子として用いられる石英ガラスには、紫外線の高透
過性と屈折率の高均質性が要求されている。しかし、通
常市販されている合成石英ガラスは、均質性、耐紫外線
性を始めとする品質が不十分であり、前述したような精
密光学機器に使用することができなかった。このため、
これまでに均質化のための二次処理や、加圧水素ガス中
での熱処理による耐紫外線性の向上が試みられている。
【0005】これらの方法は、一旦、石英ガラスを合成
した後、光学的性能を向上させるために二次的な処理を
施す方法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】石英ガラスに紫外領域
の光が作用すると、E’センターと呼ばれる5.8eV
の吸収帯が現れ紫外領域の透過率が著しく低下する。こ
こに、水素分子が存在すると、E’センターを水素分子
がターミネートし、紫外領域での石英ガラスの透過率低
下量を激減させることができる。
【0007】このように、石英ガラス中における水素分
子は、その紫外線耐久性を著しく向上させる効果があ
る。しかしながら、前述のような従来の技術では、石英
ガラス中に水素分子を導入するために、一旦、石英ガラ
スを合成した後に再び熱処理を加えなければならないと
いう問題がある。すなわち、この方法であると水素分子
の導入まで熱を少なくとも2回加えることになる。それ
故、生産性が低下し最終生成物のコストが上昇する等の
問題がある。また、二次処理で水素分子を導入するため
には水素雰囲気中で処理を行わねばならず、発火・爆発
等の危険性も伴う。さらに、不純物の混入や高温での加
圧熱処理で還元雰囲気に曝すことによる新たな吸収帯や
発光帯の生成という問題もあった。
【0008】加えて、近年、光リソグラフィー技術に用
いるレンズ径が大きくなるにつれ、二次処理で水素分子
を大口径の石英ガラス光学部材に均一に導入するには、
拡散係数から考えてもかなりの長時間を有する。さら
に、紫外線リソグラフィー用のレンズとして用いること
を考えた場合、最もエネルギー密度が大きくなる中央部
の水素分子濃度が周辺部に比べ小さくなるという問題点
もあった。
【0009】本発明は、これらの問題を解決し、紫外光
照射による透過率低下を抑えるのに必要な量の水素分子
を含有し、光学的に均質で高透過率・紫外線耐久性を有
する石英ガラスの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、水素
分子の導入を合成時に行うことにより水素分子導入のた
めの二次処理が不要になることに着目し、鋭意研究を進
めた。その結果、最外部のリング状管から噴出させる水
素ガスの流速を規定することにより、石英ガラス部材中
に耐紫外線性を付与することのできる水素分子濃度及び
OH基濃度を含有させることができるということを見い
だした。
【0011】そこで、本発明においては、「第六の管か
ら噴出させる水素ガスの流速が4〜7m/s」でかつ
「第六の管から噴出させる水素ガスの流速に比べ第七の
管から噴出させる酸素ガスの流速が大きい」こと、ま
た、「第二の管から噴出される酸素ガスと第三の管から
噴出される水素ガスの比率及び第五の管から噴出される
酸素ガスと第四の管から噴出される水素ガスの比率が理
論燃焼比率よりも水素が多いこと」とした。
【0012】
【発明の実施の形態】前述したように、水素分子を導入
する方法として、一般的には熱間等方圧プレス(HI
P)や高温高圧雰囲気熱処理炉などによる二次処理を行
うことが多い。この二次処理時に酸素欠乏型欠陥の生成
や、Na等の不純物の混入により紫外光学材料として用
いる場合問題となる、吸収帯の生成やその処理温度範囲
によっては失透などが起こりうる。
【0013】本発明の製造方法であれば、このようなデ
メリットがない。さらに、二次処理では大口径な石英ガ
ラス部材に水素分子を導入することが困難であるのに対
し、本発明の製造方法であれば、合成時に水素分子を導
入するため、石英ガラスの径に依らず高濃度の水素分子
濃度を保たせることができる。合成時における石英ガラ
ス中への水素分子の溶解過程は明らかではないが、キャ
リアガスとともに噴出されたケイ素化合物ガスが加水分
解されて微粒子状になる際に、ある割合の水素分子を巻
き込みながらガラス化されると推測される。それ故、中
心部に近い部分が水素過剰であれば、石英ガラス中に水
素分子が溶け込む確率が高くなり水素分子濃度は高くな
る。また、最外部のリング状管から噴出させる酸素ガス
の流速を水素ガスの流速よりも大きくすることにより、
両者の反応をよりバーナから遠い部分で完結させること
ができるため部材中に溶け込むOH基濃度も耐紫外線性
を付与できるほどまでに上昇させることが可能となるこ
のように、本発明の石英ガラスの製造方法においては、
光学性能に悪影響を及ぼす合成後の二次処理を行う必要
がない。これらの石英ガラスは、紫外線リソグラフィー
用光学素子としての使用に適している。
【0014】もっとも、均質性調整や歪除去のために熱
処理を行う必要のある場合がある。このとき、熱処理時
の拡散現象により石英ガラス部材中に含有している水素
分子が放出されてしまい、濃度が低下してしまうため、
多少の耐紫外線性の低下がおこる。しかしながら、本発
明の製造方法により充分な水素分子を導入して合成した
石英ガラスであれば、熱処理により水素分子濃度が若干
低下してもなお、充分な耐紫外線性を有する光学部材が
得られる。このとき、熱処理後の水素分子濃度は2×1
18〜4×1018個/cm3とすることが望ましい。
【0015】
【実施例】本発明における実施例を以下に示す。この中
で、OH基濃度は2.7μmにおける赤外吸収により、
水素分子濃度はKhotimchemkoらの文献に従
い、ラマン分光光度計により測定した。 〔実施例,比較例〕高純度石英ガラスインゴットは、原
料として高純度の四塩化ケイ素を用い、図1に示すよう
な石英ガラス製多重管バーナにて酸素ガス及び水素ガス
を表1に示すような流量で燃焼させ、中心部から原料ガ
スをキャリアガスで希釈して噴出させる、いわゆる酸水
素火炎加水分解法と呼ばれる方法により合成を行った
(図2)。合成の際、ガラスを積層させる不透明石英ガ
ラス板からなるターゲットを一定周期で回転(R)及び
揺動(X,Y)させ、さらに降下(Z)を同時に行うこ
とによりインゴットの上部の位置を常時バーナから一定
に保った。
【0016】
【表1】
【0017】このようにして複数個のインゴットを合成
した。このインゴットから、テストピースを切り出し、
研磨をすることにより測定サンプルとした。表2にこの
測定の結果の一例を示す。
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上のように、「第六の管から噴出させ
る水素ガスの流速が4〜7m/s」でかつ「第六の管か
ら噴出させる水素ガスの流速に比べ第七の管から噴出さ
せる酸素ガスの流速が大きい」こと、また、「第二のか
ら噴出される酸素ガスと第三の管から噴出される水素ガ
スの比率及び第五の管から噴出される酸素ガスと第四の
管から噴出される水素ガスの比率が理論燃焼比率よりも
水素が多いこと」とすることにより、汚染やコストアッ
プ要因となる二次処理をすることなしに高い紫外線透過
性及び紫外線耐性を持つ合成石英ガラスを得ることがで
き、それにより大口径石英ガラス光学部材を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いたバーナの断面図である。
【図2】本発明で用いた合成石英ガラス製造装置であ
る。
【図3】本発明により第六の管の流速を変化させたとき
に得られる、第六の管の流速とOH基濃度の相関であ
る。
【図4】本発明により得られた合成石英ガラスのOH基
濃度と水素分子濃度の相関である。
【符号の説明】
1 第1の管 2 第2の管 3 第3の管 4 第4の管 5 第5の管 6 第6の管 7 第7の管 21 バーナ 22 ターゲット 23 X軸サーボモータ 24 Y軸サーボモータ 25 観察用窓 26 排気系 27 石英ガラスインゴット 28 XYステージ 29 IRカメラ 30 制御系(コンピュータ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心部に配置されかつ原料を噴出するため
    の第一の管と、該第一の管の周囲に同心円状に配置され
    かつ酸素ガスを噴出するための第二の管と、該第二の管
    の周囲に同心円状に配置されかつ水素ガスを噴出するた
    めの第三の管と、該第三の管の周囲に同心円状に配置さ
    れかつ水素ガスを噴出するための第四の管と、該第三の
    管の外周と該第四の管の内周との間に配置されかつ酸素
    ガスを噴出するための複数の第五の管と、該第四の管の
    周囲に同心円状に配置されかつ水素ガスを噴出するため
    の第六の管と、該第四の管の外周と該第六の管の内周と
    の間に配置されかつ酸素ガスを噴出するための複数の第
    七の管と、を備えたバーナを用い、第六の管から噴出さ
    せる水素ガスの流速を4m/s以上7m/s以下とし、
    かつ第六の管から噴出させる水素ガスの流速に比べ第七
    の管から噴出させる酸素ガスの流速を大きくして製造す
    ることを特徴とする合成石英ガラス光学部材の製造方
    法。
  2. 【請求項2】請求項1の方法により得られた合成石英ガ
    ラス光学部材において、前記部材内部の水素分子濃度が
    1×1018〜5×1018個/cm3でかつOH基濃度が
    900〜1100ppmであることを特徴とする紫外光
    用合成石英ガラス光学部材。
  3. 【請求項3】請求項1の方法により得られた合成石英ガ
    ラス光学部材において、大気中で10時間熱処理を行っ
    た後の前記部材中の水素分子濃度が2×1018〜4×1
    18個/cm3であることを特徴とする紫外光用合成石
    英ガラス光学部材。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の合成石英ガラス光学部材
    において、前記大気中での熱処理温度が800〜110
    0℃であることを特徴とする紫外光用合成石英ガラス光
    学部材。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の石英ガラスの製造方法に
    おいて、第二の管から噴出される酸素ガスと第三の管か
    ら噴出される水素ガスの比率及び第五の管から噴出され
    る酸素ガスと第四の管から噴出される水素ガスの比率が
    理論燃焼比率よりも水素が多いことを特徴とする、合成
    石英ガラス光学部材の製造方法。
JP9124529A 1997-05-14 1997-05-14 合成石英ガラス光学部材の製造方法および光学部材 Pending JPH10316435A (ja)

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KR1019980017245A KR19980087016A (ko) 1997-05-14 1998-05-13 합성석영글래스 광학부재의 제조방법 및 광학부재
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