JPH1053432A - 石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置 - Google Patents
石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長２２０ｎｍ以下の真空紫外領域になる
と急激に透過率が悪化するため、ＡｒＦエキシマレーザ
ステッパの光学部材としては全く使用できないような、
光路長１ｃｍ当たりの吸収量が数％以上になってしまう
場合があった。 【解決手段】 ２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使
用される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に
含有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ以下とする。
と急激に透過率が悪化するため、ＡｒＦエキシマレーザ
ステッパの光学部材としては全く使用できないような、
光路長１ｃｍ当たりの吸収量が数％以上になってしまう
場合があった。 【解決手段】 ２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使
用される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に
含有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエキシマレ
ーザリソグラフィ装置、光ＣＶＤ装置、レーザ加工装置
などの、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外線あるいは同
波長領域のレーザを光源とした照明用光学系あるいは結
像用光学系などのレンズ部材、ファイバ、窓部材、ミラ
ー、エタロン、プリズムなどの光学素子として使用され
る石英ガラス光学部材、およびその石英ガラス光学部材
をその光学系の一部あるいは全部に使用した光リソグラ
フィ装置に関するものである。
ーザリソグラフィ装置、光ＣＶＤ装置、レーザ加工装置
などの、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外線あるいは同
波長領域のレーザを光源とした照明用光学系あるいは結
像用光学系などのレンズ部材、ファイバ、窓部材、ミラ
ー、エタロン、プリズムなどの光学素子として使用され
る石英ガラス光学部材、およびその石英ガラス光学部材
をその光学系の一部あるいは全部に使用した光リソグラ
フィ装置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技術に
おいては、ステッパと呼ばれる縮小投影型露光装置が用
いられる。このステッパの光学系は、光源の光を集積回
路パターンが描かれたレチクル上に均一に照明する照明
光学系と、レチクルの集積回路パターンを例えば五分の
一に縮小してウエハ上に投影して転写する投影光学系と
で構成されている。このような光を用いて集積回路パタ
ーンをウエハ上に転写する装置を総称して光リソグラフ
ィ装置と呼ぶことにする。ウエハ上の転写パターンの解
像度は近年のＬＳＩの高集積化に伴ってより高くする必
要がある。このとき、転写パターンの解像度は投影光学
レンズ系の開口数および光源の波長の逆数に比例するた
め、開口数を高めるか光源の波長を短くすることにより
高解像度を得ることが可能である。しかし、レンズの開
口数にはレンズ製造上の限界があるため、解像度を高め
るためには光源の波長を短くするしかない。このため、
ステッパの光源はｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が進められてい
る。特に、６４、２５６メガビットあるいは1、4ギガビ
ット以上の記憶容量をもつＤＲＡＭなどの超ＬＳＩを製
造するためには、ステッパの解像度の指標であるライン
アンドスペースを0.3μm以下にする必要がある。このと
き、ステッパの光源としては、エキシマレーザなどの25
0nm以下の紫外、真空紫外線を用いるしかない。
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィ技術に
おいては、ステッパと呼ばれる縮小投影型露光装置が用
いられる。このステッパの光学系は、光源の光を集積回
路パターンが描かれたレチクル上に均一に照明する照明
光学系と、レチクルの集積回路パターンを例えば五分の
一に縮小してウエハ上に投影して転写する投影光学系と
で構成されている。このような光を用いて集積回路パタ
ーンをウエハ上に転写する装置を総称して光リソグラフ
ィ装置と呼ぶことにする。ウエハ上の転写パターンの解
像度は近年のＬＳＩの高集積化に伴ってより高くする必
要がある。このとき、転写パターンの解像度は投影光学
レンズ系の開口数および光源の波長の逆数に比例するた
め、開口数を高めるか光源の波長を短くすることにより
高解像度を得ることが可能である。しかし、レンズの開
口数にはレンズ製造上の限界があるため、解像度を高め
るためには光源の波長を短くするしかない。このため、
ステッパの光源はｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５
ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が進められてい
る。特に、６４、２５６メガビットあるいは1、4ギガビ
ット以上の記憶容量をもつＤＲＡＭなどの超ＬＳＩを製
造するためには、ステッパの解像度の指標であるライン
アンドスペースを0.3μm以下にする必要がある。このと
き、ステッパの光源としては、エキシマレーザなどの25
0nm以下の紫外、真空紫外線を用いるしかない。
【０００３】一般に、ｉ線より長波長の光源を用いたス
テッパの照明光学系あるいは投影光学系のレンズ部材と
して用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い波長領域
では光透過率が急激に低下し、特に250nm以下の波長領
域ではほとんどの光学ガラスでは光を透過しなくなって
しまう。そのため、エキシマレーザを光源としたステッ
パの光学系に使用可能な材料は、石英ガラスの他、一部
の結晶材料に限られてしまう。その中でも特に石英ガラ
スは、250nm以下の波長領域での高透過率のため、エキ
シマレーザステッパのみならず一般の紫外真空紫外線の
光学系に広く用いられている材料である。
テッパの照明光学系あるいは投影光学系のレンズ部材と
して用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い波長領域
では光透過率が急激に低下し、特に250nm以下の波長領
域ではほとんどの光学ガラスでは光を透過しなくなって
しまう。そのため、エキシマレーザを光源としたステッ
パの光学系に使用可能な材料は、石英ガラスの他、一部
の結晶材料に限られてしまう。その中でも特に石英ガラ
スは、250nm以下の波長領域での高透過率のため、エキ
シマレーザステッパのみならず一般の紫外真空紫外線の
光学系に広く用いられている材料である。
【０００４】しかし、石英ガラスを光リソグラフィ装置
の光学系で用いる場合、集積回路パターンを大きな面積
で高解像度で露光するためには、その石英ガラス光学部
材には非常に高品質が要求される。例えば、部材の屈折
率分布が、直径２００ｍｍ程度の非常に大きな口径内
で、１０-6オーダー以下であることが要求される。ま
た、複屈折量を減少させること、すなわち光学部材の内
部歪を減少させることが、屈折率分布の均質性を向上さ
せることと同様に、光学系の解像度に対して重要であ
る。
の光学系で用いる場合、集積回路パターンを大きな面積
で高解像度で露光するためには、その石英ガラス光学部
材には非常に高品質が要求される。例えば、部材の屈折
率分布が、直径２００ｍｍ程度の非常に大きな口径内
で、１０-6オーダー以下であることが要求される。ま
た、複屈折量を減少させること、すなわち光学部材の内
部歪を減少させることが、屈折率分布の均質性を向上さ
せることと同様に、光学系の解像度に対して重要であ
る。
【０００５】さらに、そのような屈折率に関する均質
性、歪が高品質であると同時に、透過率が非常に優れて
いる必要がある。例えば、光リソグラフィ装置の投影光
学系には、収差補正のために非常に多く曲率を有するレ
ンズが必要になり、そのため、投影光学系全体の総光路
長が１０００ｍｍ以上にも及ぶ場合がある。この場合、
投影光学系のスループットを８０％以上に保つために
は、光学部材の１ｃｍ当たりの内部透過率は９９．８％
以上（内部吸収係数に換算すると０．００２ｃｍ-1以
下）という高透過率が必要になる。さらに、そのような
高透過率が部材の中心部だけでなく、全域にわたって保
たれている必要がある。このため、単に石英ガラスとい
っても、エキシマレーザステッパのような精密な光学系
に使用できるものは限られる。
性、歪が高品質であると同時に、透過率が非常に優れて
いる必要がある。例えば、光リソグラフィ装置の投影光
学系には、収差補正のために非常に多く曲率を有するレ
ンズが必要になり、そのため、投影光学系全体の総光路
長が１０００ｍｍ以上にも及ぶ場合がある。この場合、
投影光学系のスループットを８０％以上に保つために
は、光学部材の１ｃｍ当たりの内部透過率は９９．８％
以上（内部吸収係数に換算すると０．００２ｃｍ-1以
下）という高透過率が必要になる。さらに、そのような
高透過率が部材の中心部だけでなく、全域にわたって保
たれている必要がある。このため、単に石英ガラスとい
っても、エキシマレーザステッパのような精密な光学系
に使用できるものは限られる。
【０００６】石英ガラスは、製法により大まかに溶融石
英ガラスと合成石英ガラスとに分類される。溶融石英ガ
ラスは、天然水晶粉を電気溶融あるいは火炎溶融して得
られる。合成石英ガラスは、製造方法によりさらに分類
され、直接法、スート法、プラズマ法などの気相合成法
という製造方法により得られる。
英ガラスと合成石英ガラスとに分類される。溶融石英ガ
ラスは、天然水晶粉を電気溶融あるいは火炎溶融して得
られる。合成石英ガラスは、製造方法によりさらに分類
され、直接法、スート法、プラズマ法などの気相合成法
という製造方法により得られる。
【０００７】まず、直接法は、原料に四塩化ケイ素など
の高純度のケイ素化合物を用い、原料を酸素水素火炎で
加水分解して石英ガラス微粒子（スート）を形成させ、
それを回転、引き下げを行っているターゲット上で堆
積、溶融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス
塊を得る方法である。また、この方法で得られた石英ガ
ラス光学部材を、さらに高品質なものとするため、石英
ガラスを合成する一次工程の後に、さらに２次的な熱処
理を行って所望の物性を得る方法が試みられている。例
えば、２０００℃付近で二次的な熱処理を行うことによ
り、屈折率の均質性が向上することが知られている。
の高純度のケイ素化合物を用い、原料を酸素水素火炎で
加水分解して石英ガラス微粒子（スート）を形成させ、
それを回転、引き下げを行っているターゲット上で堆
積、溶融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス
塊を得る方法である。また、この方法で得られた石英ガ
ラス光学部材を、さらに高品質なものとするため、石英
ガラスを合成する一次工程の後に、さらに２次的な熱処
理を行って所望の物性を得る方法が試みられている。例
えば、２０００℃付近で二次的な熱処理を行うことによ
り、屈折率の均質性が向上することが知られている。
【０００８】次に、スート法は、原料に高純度のケイ素
化合物を用い、原料を酸水素火炎で加水分解してスート
を形成させ、それをターゲット上に堆積させてスート塊
を得たのち、２次処理で透明化して石英ガラス塊を得る
方法である。さらに、プラズマ法は、原料に高純度のケ
イ素化合物を用い、原料を酸素＋アルゴン混合の高周波
プラズマ火炎で酸化することによりスートを形成させ、
それを回転、引き下げしているターゲット上に堆積、溶
融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス塊を得
る方法である。
化合物を用い、原料を酸水素火炎で加水分解してスート
を形成させ、それをターゲット上に堆積させてスート塊
を得たのち、２次処理で透明化して石英ガラス塊を得る
方法である。さらに、プラズマ法は、原料に高純度のケ
イ素化合物を用い、原料を酸素＋アルゴン混合の高周波
プラズマ火炎で酸化することによりスートを形成させ、
それを回転、引き下げしているターゲット上に堆積、溶
融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス塊を得
る方法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これらの製造方法によ
り得られる合成石英ガラスは、一般に、溶融石英ガラス
に比較して金属不純物が少なく、高純度である。そのた
め、２５０ｎｍ以下の紫外線波長領域で高透過性を有
し、大口径で均質な石英ガラス光学部材を得ることが可
能であり、エキシマレーザステッパなどの光リソグラフ
ィ装置の光学系として合成石英ガラスを用いることが有
望視されている。
り得られる合成石英ガラスは、一般に、溶融石英ガラス
に比較して金属不純物が少なく、高純度である。そのた
め、２５０ｎｍ以下の紫外線波長領域で高透過性を有
し、大口径で均質な石英ガラス光学部材を得ることが可
能であり、エキシマレーザステッパなどの光リソグラフ
ィ装置の光学系として合成石英ガラスを用いることが有
望視されている。
【００１０】しかしながら、そのような合成石英ガラス
であっても、２５０ｎｍ以下の波長領域で部材の透過光
路長１ｃｍ当たりの透過率を９９．８％以上確保するこ
とは非常に困難であった。特に波長２２０ｎｍ以下の真
空紫外領域になると急激に透過率が悪化するため、Ａｒ
Ｆエキシマレーザステッパの光学部材としては全く使用
できないような、光路長１ｃｍ当たりの吸収量が数％以
上になってしまう。
であっても、２５０ｎｍ以下の波長領域で部材の透過光
路長１ｃｍ当たりの透過率を９９．８％以上確保するこ
とは非常に困難であった。特に波長２２０ｎｍ以下の真
空紫外領域になると急激に透過率が悪化するため、Ａｒ
Ｆエキシマレーザステッパの光学部材としては全く使用
できないような、光路長１ｃｍ当たりの吸収量が数％以
上になってしまう。
【００１１】さらに、例えば光リソグラフィ装置の投影
光学系などのように高精度の石英ガラスが必要な場合、
良好な透過性と同時に直径２００ｍｍ程度の非常に大き
な口径内での屈折率の均質性、歪が高品質である必要が
あった。
光学系などのように高精度の石英ガラスが必要な場合、
良好な透過性と同時に直径２００ｍｍ程度の非常に大き
な口径内での屈折率の均質性、歪が高品質である必要が
あった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らはま
ず、合成石英ガラスの紫外透過性に対する金属不純物の
影響を調べた。その結果、ＫｒＦエキシマレーザの波長
である２４８ｎｍにおいて内部透過率が光路長1cm当た
り９９．９％以上である合成石英ガラスであっても、さ
らに短波長側の透過特性を調べたところ、２２０ｎｍ以
下の波長領域で急激に透過率が低下し、ＡｒＦエキシマ
レーザの波長である１９３ｎｍにおいて内部透過率が光
路長１ｃｍ当たり９９％以下であって、光学部材として
使用できないようなものがあることが判明した。
ず、合成石英ガラスの紫外透過性に対する金属不純物の
影響を調べた。その結果、ＫｒＦエキシマレーザの波長
である２４８ｎｍにおいて内部透過率が光路長1cm当た
り９９．９％以上である合成石英ガラスであっても、さ
らに短波長側の透過特性を調べたところ、２２０ｎｍ以
下の波長領域で急激に透過率が低下し、ＡｒＦエキシマ
レーザの波長である１９３ｎｍにおいて内部透過率が光
路長１ｃｍ当たり９９％以下であって、光学部材として
使用できないようなものがあることが判明した。
【００１３】本発明者らは、このような波長２２０ｎｍ
以下の真空紫外領域における合成石英ガラスの急激な透
過率低下の原因について鋭意研究を行った結果、その領
域の透過率を支配する因子が不純物であるアルカリ金属
にあることを突き止めた。特にＮａはその波長領域の透
過率に大きく影響しているが、図２に示したように、Ｎ
ａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると実質的に吸収が発生し
なくなる。
以下の真空紫外領域における合成石英ガラスの急激な透
過率低下の原因について鋭意研究を行った結果、その領
域の透過率を支配する因子が不純物であるアルカリ金属
にあることを突き止めた。特にＮａはその波長領域の透
過率に大きく影響しているが、図２に示したように、Ｎ
ａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると実質的に吸収が発生し
なくなる。
【００１４】そこで、本発明は、２５０ｎｍ以下の波長
領域の光学系に使用される石英ガラス光学部材におい
て、石英ガラス中に含有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ
以下であることを特徴とする石英ガラス光学部材を提供
する。また、本発明者らは、さらに重要な点として、Ａ
ｌが適当な含有量である場合、Ｎａの含有量が増加して
もモル濃度でＡｌと等量になるまでは実質的に２２０ｎ
ｍ以下の波長領域での吸収を発生させないということを
見い出した。
領域の光学系に使用される石英ガラス光学部材におい
て、石英ガラス中に含有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ
以下であることを特徴とする石英ガラス光学部材を提供
する。また、本発明者らは、さらに重要な点として、Ａ
ｌが適当な含有量である場合、Ｎａの含有量が増加して
もモル濃度でＡｌと等量になるまでは実質的に２２０ｎ
ｍ以下の波長領域での吸収を発生させないということを
見い出した。
【００１５】そこで、本発明はさらに、波長２５０ｎｍ
以下の波長領域の光学系に使用される石英ガラス光学部
材において、ＮａとＡｌのモル濃度比率が［Ｎａ］／
［Ａｌ］≦１であることを特徴とする石英ガラス光学部
材を提供する。
以下の波長領域の光学系に使用される石英ガラス光学部
材において、ＮａとＡｌのモル濃度比率が［Ｎａ］／
［Ａｌ］≦１であることを特徴とする石英ガラス光学部
材を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】前述のように、本発明は、波長２
５０ｎｍ以下の紫外線領域、特に波長２２０ｎｍ以下の
真空紫外領域における石英ガラスの急激な透過率低下の
原因がアルカリ金属にあり、特にＮａが影響しているこ
とを見い出した。Ｎａは、空気や水、人体などどこにで
も存在し、かつ拡散しやすいため、光学部材などに不純
物として非常に混入しやすい物質である。さらに、高温
状態になると拡散がさらに起こりやすくなる。このた
め、石英ガラス部材を、例えば電気炉などで数百℃以上
の温度で加熱処理すると容易に部材内に拡散してしま
い、特に１０００℃以上の温度では失透の原因になるこ
ともある。
５０ｎｍ以下の紫外線領域、特に波長２２０ｎｍ以下の
真空紫外領域における石英ガラスの急激な透過率低下の
原因がアルカリ金属にあり、特にＮａが影響しているこ
とを見い出した。Ｎａは、空気や水、人体などどこにで
も存在し、かつ拡散しやすいため、光学部材などに不純
物として非常に混入しやすい物質である。さらに、高温
状態になると拡散がさらに起こりやすくなる。このた
め、石英ガラス部材を、例えば電気炉などで数百℃以上
の温度で加熱処理すると容易に部材内に拡散してしま
い、特に１０００℃以上の温度では失透の原因になるこ
ともある。
【００１７】本発明者らは、例えば光リソグラフィ装置
の投影光学系の部材に要求される高均質性を達成するた
めに２０００℃付近での二次的な熱処理を行うと、部材
内部に容易にＮａが拡散してしまうことを実験的に確認
した。熱処理炉内部の構造物、例えば断熱材や通常カー
ボンなどで作られた試料容器などをいかに高純度に、特
にＮａ不純物を低減させたとしても、熱処理したのちに
は石英ガラス部材内部に数十ｐｐｂレベルはどうしても
混入してしまうことがわかった。
の投影光学系の部材に要求される高均質性を達成するた
めに２０００℃付近での二次的な熱処理を行うと、部材
内部に容易にＮａが拡散してしまうことを実験的に確認
した。熱処理炉内部の構造物、例えば断熱材や通常カー
ボンなどで作られた試料容器などをいかに高純度に、特
にＮａ不純物を低減させたとしても、熱処理したのちに
は石英ガラス部材内部に数十ｐｐｂレベルはどうしても
混入してしまうことがわかった。
【００１８】同じアルカリ金属であるが、Ｋは、前述の
ような二次的な熱処理によってもほとんど混入しないこ
ともわかった。例えば、前述のような２０００℃付近で
の熱処理でもＫの濃度は５０ｐｐｂ以下を達成でき、２
２０ｎｍ以下の透過率に影響を与えないことを確認し
た。これは、Ｎａに比較してＫの石英ガラス中での拡散
係数が小さいことに起因していると考えられる。
ような二次的な熱処理によってもほとんど混入しないこ
ともわかった。例えば、前述のような２０００℃付近で
の熱処理でもＫの濃度は５０ｐｐｂ以下を達成でき、２
２０ｎｍ以下の透過率に影響を与えないことを確認し
た。これは、Ｎａに比較してＫの石英ガラス中での拡散
係数が小さいことに起因していると考えられる。
【００１９】従って、Ｋは２２０ｎｍ以下の波長領域の
透過率に影響を及ぼすが、その影響はＮａに比較して小
さく、濃度５０ｐｐｂ以下にすれば２２０ｎｍ以下の波
長領域での透過率低下を実質的に生じさせなくすること
ができる。以上の点を踏まえて、本発明者らは、石英ガ
ラス中のアルカリ金属不純物、特にＮａを低減する方法
として、二次的な熱処理を行わずに、合成時に屈折率の
均質化を達成する方法を採用した。しかし、単に合成時
に均質化を達成するにしても、Ｎａができあがった石英
ガラスにわずかに混入してしまう危険性は避けられな
い。例えば、石英ガラスの合成炉壁として使用される耐
火物から高温下で不純物が放出されてしまう可能性があ
る。この耐火物は通常、合成炉内の石英ガラスインゴッ
トの周りに断熱材として使用されている。そこで、本発
明者らは石英ガラスインゴットと耐火物の距離を適当な
距離に保つことにより、石英ガラス部材内に混入するＮ
ａの濃度を２０ｐｐｂ以下、Ｌｉ、Ｋの濃度を５０ｐｐ
ｂ以下にすることが可能であることを確認した。具体的
には、合成炉の耐火物内面から積層点までの距離を最短
でも２５０ｍｍ以上保つように配置することにより本発
明を達成できる。このとき、積層点とはバーナから噴出
されるスートがインゴットヘッドに到達する場所のこと
である。スートのほとんどがこの積層点でインゴットに
捕獲される。
透過率に影響を及ぼすが、その影響はＮａに比較して小
さく、濃度５０ｐｐｂ以下にすれば２２０ｎｍ以下の波
長領域での透過率低下を実質的に生じさせなくすること
ができる。以上の点を踏まえて、本発明者らは、石英ガ
ラス中のアルカリ金属不純物、特にＮａを低減する方法
として、二次的な熱処理を行わずに、合成時に屈折率の
均質化を達成する方法を採用した。しかし、単に合成時
に均質化を達成するにしても、Ｎａができあがった石英
ガラスにわずかに混入してしまう危険性は避けられな
い。例えば、石英ガラスの合成炉壁として使用される耐
火物から高温下で不純物が放出されてしまう可能性があ
る。この耐火物は通常、合成炉内の石英ガラスインゴッ
トの周りに断熱材として使用されている。そこで、本発
明者らは石英ガラスインゴットと耐火物の距離を適当な
距離に保つことにより、石英ガラス部材内に混入するＮ
ａの濃度を２０ｐｐｂ以下、Ｌｉ、Ｋの濃度を５０ｐｐ
ｂ以下にすることが可能であることを確認した。具体的
には、合成炉の耐火物内面から積層点までの距離を最短
でも２５０ｍｍ以上保つように配置することにより本発
明を達成できる。このとき、積層点とはバーナから噴出
されるスートがインゴットヘッドに到達する場所のこと
である。スートのほとんどがこの積層点でインゴットに
捕獲される。
【００２０】また、従来の合成炉では、耐火物は、ＪＩ
Ｓ規格にあるような市販の耐火れんがが用いられてい
る。例えば、粘土質耐火れんがや、けい石耐火れんが
や、高アルミナ質耐火れんがである。例えば、高アルミ
ナ質耐火れんがは、９０％程度のＡｌ2Ｏ3からなり、不
純物としてＮａ2Ｏを０．５〜１％（蛍光Ｘ線分析法）
含んでいる。このＮａ2Ｏが、耐火物から石英ガラス中
にＮａが分散する原因となる。
Ｓ規格にあるような市販の耐火れんがが用いられてい
る。例えば、粘土質耐火れんがや、けい石耐火れんが
や、高アルミナ質耐火れんがである。例えば、高アルミ
ナ質耐火れんがは、９０％程度のＡｌ2Ｏ3からなり、不
純物としてＮａ2Ｏを０．５〜１％（蛍光Ｘ線分析法）
含んでいる。このＮａ2Ｏが、耐火物から石英ガラス中
にＮａが分散する原因となる。
【００２１】そこで、本発明では、合成炉内の耐火物と
してアルミナを主成分とし、Ｎａ2Ｏを含まない耐火物
を用いることとした。具体的には、９９％以上のＡｌ2
Ｏ3からなる耐火物を作製し、これを用いた。この耐火
物を有する合成炉を用いて石英ガラスインゴットを合成
したところ、石英ガラス中のＮａ含有量は放射化分析法
で検出限界以下（１ｐｐｂ以下）となった。
してアルミナを主成分とし、Ｎａ2Ｏを含まない耐火物
を用いることとした。具体的には、９９％以上のＡｌ2
Ｏ3からなる耐火物を作製し、これを用いた。この耐火
物を有する合成炉を用いて石英ガラスインゴットを合成
したところ、石英ガラス中のＮａ含有量は放射化分析法
で検出限界以下（１ｐｐｂ以下）となった。
【００２２】このインゴットから所望の光学部材の形状
を切り出し、アニールして得られた合成石英ガラス光学
部材のＮａ濃度は、１０ｐｐｂ以下となった。なお、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分（９９％以上）とする耐火
物を用いた場合、合成される石英ガラスに最低でも数ｐ
ｐｂ以上、Ａｌが混入する。Ａｌは、石英ガラスにとっ
て不純物であるが、少量のＡｌがこれと同程度のＮａと
共存する場合、Ｎａの含有により生ずる吸収を抑制する
働きがあることがわかった。
を切り出し、アニールして得られた合成石英ガラス光学
部材のＮａ濃度は、１０ｐｐｂ以下となった。なお、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分（９９％以上）とする耐火
物を用いた場合、合成される石英ガラスに最低でも数ｐ
ｐｂ以上、Ａｌが混入する。Ａｌは、石英ガラスにとっ
て不純物であるが、少量のＡｌがこれと同程度のＮａと
共存する場合、Ｎａの含有により生ずる吸収を抑制する
働きがあることがわかった。
【００２３】これは、Ａｌが、石英ガラス中のＮａの存
在により生ずる非架橋酸素を消失させて架橋させること
によると推定される。すなわち、Ｎａが微量に存在する
石英ガラス中にＮａと同程度のＡｌを含有させることに
より、紫外域の吸収をなくし、優れた紫外特性を得るこ
とが可能である。もっとも、Ａｌが多量、例えば１００
ｐｐｂ以上であると、Ａｌ自身により生ずる吸収や構造
欠陥が問題となるので、Ａｌの含有量は５ｐｐｂ〜１０
０ｐｐｂであることが好ましい。
在により生ずる非架橋酸素を消失させて架橋させること
によると推定される。すなわち、Ｎａが微量に存在する
石英ガラス中にＮａと同程度のＡｌを含有させることに
より、紫外域の吸収をなくし、優れた紫外特性を得るこ
とが可能である。もっとも、Ａｌが多量、例えば１００
ｐｐｂ以上であると、Ａｌ自身により生ずる吸収や構造
欠陥が問題となるので、Ａｌの含有量は５ｐｐｂ〜１０
０ｐｐｂであることが好ましい。
【００２４】
【実施例１】 ＜石英ガラスの合成＞図１は、合成石英ガラスを製造す
るための合成炉の概略を示す概念図である。バーナ２
は、合成炉の炉壁を構成する耐火物１（耐火物について
は、後で説明する）の上部に、ターゲットにその先端を
向けて設置されている。炉壁には、観察用の窓（図示せ
ず）と排気管がそれぞれ設けられている。合成炉の下部
には、インゴット形成用のターゲット４が配置されてい
る。
るための合成炉の概略を示す概念図である。バーナ２
は、合成炉の炉壁を構成する耐火物１（耐火物について
は、後で説明する）の上部に、ターゲットにその先端を
向けて設置されている。炉壁には、観察用の窓（図示せ
ず）と排気管がそれぞれ設けられている。合成炉の下部
には、インゴット形成用のターゲット４が配置されてい
る。
【００２５】バーナは、石英ガラス製の多重管構造のも
のを使用した。このバーナにて酸素ガス及び水素ガスを
混合、燃焼させ、原料として高純度（純度９９．９９％
以上で、金属不純物Ｆｅ濃度が１０ｐｐｂ以下、Ｎｉ、
Ｃｒ濃度が２ｐｐｂ以下）の四塩化ケイ素をキャリアガ
ス（通常、酸素ガス）で希釈して、バーナの中心管から
原料流量３０ｇ／分で噴出させる。バーナ先端の火炎中
で原料が加水分解することにより、石英ガラス微粒子
（スート）が発生する。これを、１分間に７回転の速度
で回転し、８０ｍｍの移動距離、９０秒周期で揺動し、
１時間当たり４ｍｍの速度で引き下げを行っているφ２
００のターゲット板上に堆積、溶融してインゴットを合
成した。このとき、インゴット上部は、火炎により覆わ
れている。バーナから噴出される水素ガス流量は約５０
０ｓｌｍで、酸素ガス流量と水素ガス流量との比率をＯ
2／Ｈ2＝０．４と設定した。
のを使用した。このバーナにて酸素ガス及び水素ガスを
混合、燃焼させ、原料として高純度（純度９９．９９％
以上で、金属不純物Ｆｅ濃度が１０ｐｐｂ以下、Ｎｉ、
Ｃｒ濃度が２ｐｐｂ以下）の四塩化ケイ素をキャリアガ
ス（通常、酸素ガス）で希釈して、バーナの中心管から
原料流量３０ｇ／分で噴出させる。バーナ先端の火炎中
で原料が加水分解することにより、石英ガラス微粒子
（スート）が発生する。これを、１分間に７回転の速度
で回転し、８０ｍｍの移動距離、９０秒周期で揺動し、
１時間当たり４ｍｍの速度で引き下げを行っているφ２
００のターゲット板上に堆積、溶融してインゴットを合
成した。このとき、インゴット上部は、火炎により覆わ
れている。バーナから噴出される水素ガス流量は約５０
０ｓｌｍで、酸素ガス流量と水素ガス流量との比率をＯ
2／Ｈ2＝０．４と設定した。
【００２６】ターゲット板を、一定周期で回転及び揺動
することにより、インゴット上部の合成面の温度分布が
小さくなるので、得られる石英ガラスの屈折率の均質性
が向上する。さらに、ターゲット板は、インゴット上部
の合成面の位置を常にバーナから等距離に保つように引
き下げられる。このように、合成時に一定周期でターゲ
ットを回転、揺動、引き下げをすることによって、３方
向脈理がなく、脈理に伴う複屈折がなく、屈折率の均質
性が２×１０-6以下の石英ガラスインゴットが得られ
る。
することにより、インゴット上部の合成面の温度分布が
小さくなるので、得られる石英ガラスの屈折率の均質性
が向上する。さらに、ターゲット板は、インゴット上部
の合成面の位置を常にバーナから等距離に保つように引
き下げられる。このように、合成時に一定周期でターゲ
ットを回転、揺動、引き下げをすることによって、３方
向脈理がなく、脈理に伴う複屈折がなく、屈折率の均質
性が２×１０-6以下の石英ガラスインゴットが得られ
る。
【００２７】また、この合成炉では、合成炉壁を構成す
る耐火物から合成面までの距離を最短で３００ｍｍとな
るようにして合成した。合成面とはバーナから噴出され
るスートがインゴット上部に到達する場所のことであ
る。また、合成炉の耐火物は石英ガラスインゴットの周
りに縦６００ｍｍ×横８００ｍｍ×高さ８００ｍｍの内
面形状になるように配置されたもので、アルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）製とした。この耐火物は、バブル状のアルミナ中
空粒子を高アルミナ質のバインダーと混合して１５００
℃で２４時間焼結し、揮発成分を取り除いて作製した。
これは、９９．５％以上のＡｌ2Ｏ3からなり、Ｎａ2Ｏ
の含有量は蛍光Ｘ線分析法で測定限界（０．０３％）以
下である。
る耐火物から合成面までの距離を最短で３００ｍｍとな
るようにして合成した。合成面とはバーナから噴出され
るスートがインゴット上部に到達する場所のことであ
る。また、合成炉の耐火物は石英ガラスインゴットの周
りに縦６００ｍｍ×横８００ｍｍ×高さ８００ｍｍの内
面形状になるように配置されたもので、アルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）製とした。この耐火物は、バブル状のアルミナ中
空粒子を高アルミナ質のバインダーと混合して１５００
℃で２４時間焼結し、揮発成分を取り除いて作製した。
これは、９９．５％以上のＡｌ2Ｏ3からなり、Ｎａ2Ｏ
の含有量は蛍光Ｘ線分析法で測定限界（０．０３％）以
下である。
【００２８】この方法により、直径３００ｍｍ、長さ６
００ｍｍの石英ガラスインゴットを得た。得られた石英
ガラスインゴットの径方向中心部、ヘッドから１００ｍ
ｍのところから、直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を
持つ透過率測定用試験片を切り出し、向かい合う２面に
光学研磨を施した。また、その透過率測定用試験片切り
出し部の直下から、１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分
析用試験片を切り出した。透過率は紫外用分光光度計で
測定した。また、Ｎａ、Ｋの定量は熱中性子線照射によ
る放射化分析によって行った。
００ｍｍの石英ガラスインゴットを得た。得られた石英
ガラスインゴットの径方向中心部、ヘッドから１００ｍ
ｍのところから、直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を
持つ透過率測定用試験片を切り出し、向かい合う２面に
光学研磨を施した。また、その透過率測定用試験片切り
出し部の直下から、１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分
析用試験片を切り出した。透過率は紫外用分光光度計で
測定した。また、Ｎａ、Ｋの定量は熱中性子線照射によ
る放射化分析によって行った。
【００２９】また、それらの試験片に隣接する場所か
ら、アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析
用の試料を切り出した。各元素の定量は誘導結合型プラ
ズマ発光分光法によって行った。その結果、実施例１の
試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳ
ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。
また、Ａｌの濃度は５ｐｐｂであった。さらに、実施例
１の試験片のＮａ濃度は２ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出
下限（５０ｐｐｂ）以下であった。
ら、アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析
用の試料を切り出した。各元素の定量は誘導結合型プラ
ズマ発光分光法によって行った。その結果、実施例１の
試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳ
ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。
また、Ａｌの濃度は５ｐｐｂであった。さらに、実施例
１の試験片のＮａ濃度は２ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出
下限（５０ｐｐｂ）以下であった。
【００３０】透過特性を評価した結果、実施例１の試験
片の波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．００１ｃｍ-1と
なり、内部透過率に換算すると１ｃｍ当たり９９．９％
という非常に良好な値が得られた。なお、吸収係数は以
下の式で算出した。吸収係数＝−ｌｎ（透過率／理論透
過率）／試験片厚さこのとき、理論透過率とは内部吸収
損失がゼロで試料表面の反射損失のみで決まる透過率の
ことである。
片の波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．００１ｃｍ-1と
なり、内部透過率に換算すると１ｃｍ当たり９９．９％
という非常に良好な値が得られた。なお、吸収係数は以
下の式で算出した。吸収係数＝−ｌｎ（透過率／理論透
過率）／試験片厚さこのとき、理論透過率とは内部吸収
損失がゼロで試料表面の反射損失のみで決まる透過率の
ことである。
【００３１】なお、得られた石英ガラスインゴットの屈
折率均質性をHe-Neレーザを光源としたフィゾー干渉計
で測定したところ、φ２００ｍｍの領域内で屈折率差の
最大値が１×１０-6という非常に均質なものであること
がわかった。
折率均質性をHe-Neレーザを光源としたフィゾー干渉計
で測定したところ、φ２００ｍｍの領域内で屈折率差の
最大値が１×１０-6という非常に均質なものであること
がわかった。
【００３２】
【実施例２】実施例２の石英ガラスは、実施例１と同様
の方法により、合成炉耐火物からの積層点までの距離を
最短で２００ｍｍとなるように配置して合成した。この
方法により、直径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍの石英ガ
ラスインゴットを得た。得られた石英ガラスインゴット
の径方向中心部、ヘッドから１００ｍｍのところから、
直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用
試験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施し
た。また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下か
ら、１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分析用試験片を切
り出した。また、それらの試験片に隣接する場所から、
アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の
試料を切り出した。
の方法により、合成炉耐火物からの積層点までの距離を
最短で２００ｍｍとなるように配置して合成した。この
方法により、直径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍの石英ガ
ラスインゴットを得た。得られた石英ガラスインゴット
の径方向中心部、ヘッドから１００ｍｍのところから、
直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用
試験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施し
た。また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下か
ら、１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分析用試験片を切
り出した。また、それらの試験片に隣接する場所から、
アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の
試料を切り出した。
【００３３】その結果、実施例２の試験片のアルカリ土
類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は２５ｐｐｂであった。さらに実施例２の試験片のＮａ
濃度は１９ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐ
ｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係数
は０．００２ｃｍ-1となり、内部透過率に換算するとは
１ｃｍ当たり９９．８％という良好な値が得られた。
類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は２５ｐｐｂであった。さらに実施例２の試験片のＮａ
濃度は１９ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐ
ｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係数
は０．００２ｃｍ-1となり、内部透過率に換算するとは
１ｃｍ当たり９９．８％という良好な値が得られた。
【００３４】また、得られた石英ガラスインゴットの屈
折率均質性を測定したところ、φ１５０ｍｍの領域内で
屈折率差の最大値が２×１０-6であった。
折率均質性を測定したところ、φ１５０ｍｍの領域内で
屈折率差の最大値が２×１０-6であった。
【００３５】
【比較例１】実施例２のインゴットについてさらに屈折
率均質性を向上させるために、アルゴン雰囲気中で、圧
力１０ｋｇ／ｃｍ2、保持温度１９００℃、保持時間１
０時間で熱処理を行った。処理する実施例２で得られた
石英ガラス母材はカーボングラファイト製のφ２００ｍ
ｍ、肉厚１０ｍｍの外型にセットした。また、熱処理後
に外型から母型が取り出せなくなることを防ぐために、
外型の内面にカーボンファイバーフェルトを設置した。
なお、処理炉は上下部と側部にヒータを有し、加熱炉全
体は断熱層でおおわれている。このようにして得られた
φ１９０の厚さ５０ｍｍの試料を比較例２とした。この
比較例２の試料の径方向中心部、厚さ方向中心部から直
径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用試
験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施した。
また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下から、
１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分析用試験片を切り出
した。また、それらの試験片に隣接する場所から、アル
カリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の試料
を切り出した。
率均質性を向上させるために、アルゴン雰囲気中で、圧
力１０ｋｇ／ｃｍ2、保持温度１９００℃、保持時間１
０時間で熱処理を行った。処理する実施例２で得られた
石英ガラス母材はカーボングラファイト製のφ２００ｍ
ｍ、肉厚１０ｍｍの外型にセットした。また、熱処理後
に外型から母型が取り出せなくなることを防ぐために、
外型の内面にカーボンファイバーフェルトを設置した。
なお、処理炉は上下部と側部にヒータを有し、加熱炉全
体は断熱層でおおわれている。このようにして得られた
φ１９０の厚さ５０ｍｍの試料を比較例２とした。この
比較例２の試料の径方向中心部、厚さ方向中心部から直
径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用試
験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施した。
また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下から、
１０×１０×５ｍｍ3のＮａ、Ｋ分析用試験片を切り出
した。また、それらの試験片に隣接する場所から、アル
カリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の試料
を切り出した。
【００３６】その結果、比較例２の試験片のアルカリ土
類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに、比較例２の試験片のＮ
ａ濃度は１２０ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０
ｐｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収
係数は０．０４８ｃｍ-1と非常に大きく、内部透過率に
換算すると1cm当たり９５．３％と不良であることがわ
かった。
類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに、比較例２の試験片のＮ
ａ濃度は１２０ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０
ｐｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収
係数は０．０４８ｃｍ-1と非常に大きく、内部透過率に
換算すると1cm当たり９５．３％と不良であることがわ
かった。
【００３７】
【比較例２】比較例２の試料は比較例２の方法と同様に
して作製した。ただし、実施例２で得られた石英ガラス
母材は、ＳｉＯ2粉末またはＳｉＯ2粉末を溶融して作製
した内径１５０ｍｍ、外形２５０ｍｍのドーナツ状の母
型の中に設置し、さらにそれを内径３００ｍｍのカーボ
ングラファイト製外型内に設置して熱処理を行った。こ
のようにしてφ１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの試料を比較
例３とした。この比較例３の試料の中心部から評価用試
験片を切り出した。
して作製した。ただし、実施例２で得られた石英ガラス
母材は、ＳｉＯ2粉末またはＳｉＯ2粉末を溶融して作製
した内径１５０ｍｍ、外形２５０ｍｍのドーナツ状の母
型の中に設置し、さらにそれを内径３００ｍｍのカーボ
ングラファイト製外型内に設置して熱処理を行った。こ
のようにしてφ１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの試料を比較
例３とした。この比較例３の試料の中心部から評価用試
験片を切り出した。
【００３８】分析の結果、比較例３の試験片のアルカリ
土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに、比較例３の試験片のＮ
ａ濃度は４７ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐ
ｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係
数は０．０１２ｃｍ-1で、内部透過率に換算すると１ｃ
ｍ当たり９８．８％と不良であることがわかった。
土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに、比較例３の試験片のＮ
ａ濃度は４７ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐ
ｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係
数は０．０１２ｃｍ-1で、内部透過率に換算すると１ｃ
ｍ当たり９８．８％と不良であることがわかった。
【００３９】実施例１、２、比較例１、２の試験片につ
いて、波長１９３ｎｍでの吸収係数のＮａ濃度依存性を
プロットした図を図２に示した。図２に示したように、
波長１９３ｎｍでの吸収係数はＮａ濃度に強く依存し、
さらに、Ｎａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると吸収がほぼ
ゼロになることがわかった。
いて、波長１９３ｎｍでの吸収係数のＮａ濃度依存性を
プロットした図を図２に示した。図２に示したように、
波長１９３ｎｍでの吸収係数はＮａ濃度に強く依存し、
さらに、Ｎａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると吸収がほぼ
ゼロになることがわかった。
【００４０】
【比較例３】比較例３の試料は基本的に実施例１と同様
の方法で作製されたが、異なる点は、ターゲットとして
石英ガラス板に代えて、アルミナで作られた円筒径の耐
火物の内面と下面に、ＳｉＣを敷き詰めた容器を使用し
た。この容器の内径はφ３００ｍｍであった。この容器
に直接石英ガラスを堆積させてφ３００ｍｍ、厚さ２０
０ｍｍの比較例３の試料を作製した。得られた比較例３
の試料の中心部から、評価用試験片を切り出した。
の方法で作製されたが、異なる点は、ターゲットとして
石英ガラス板に代えて、アルミナで作られた円筒径の耐
火物の内面と下面に、ＳｉＣを敷き詰めた容器を使用し
た。この容器の内径はφ３００ｍｍであった。この容器
に直接石英ガラスを堆積させてφ３００ｍｍ、厚さ２０
０ｍｍの比較例３の試料を作製した。得られた比較例３
の試料の中心部から、評価用試験片を切り出した。
【００４１】分析の結果、比較例３の試験片のアルカリ
土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに比較例４の試験片のＮａ
濃度は１３ｐｐｂであったが、Ｋ濃度が１００ｐｐｂで
あった。そしてこの試験片の波長１９３ｎｍでの吸収係
数は０．０１０ｃｍ-1で、内部透過率に換算すると１ｃ
ｍ当たり９９．０％と不良であることがわかった。
土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度
はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度
は１０ｐｐｂであった。さらに比較例４の試験片のＮａ
濃度は１３ｐｐｂであったが、Ｋ濃度が１００ｐｐｂで
あった。そしてこの試験片の波長１９３ｎｍでの吸収係
数は０．０１０ｃｍ-1で、内部透過率に換算すると１ｃ
ｍ当たり９９．０％と不良であることがわかった。
【００４２】
【実施例３】本発明の石英ガラス光学部材のうち、最大
口径２５０ｍｍ、厚さ７０ｍｍの、エキシマレーザ照射
領域内での最大屈折率差が△ｎ≦２×１０-6であり、最
大複屈折率が２ｎｍ／ｃｍ以下であり、さらに部材全域
にわたって、アルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属
のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎの各元素濃度がそれぞれ２０ｐｐｂ以下、Ａｌ
の濃度が５〜１００ｐｐｂ、アルカリ金属のＮａ濃度が
２０ｐｐｂ以下、Ｋ不純物濃度が５０ｐｐｂ以下の特性
を有する部材を用いて、ＡｒＦエキシマレーザステッパ
投影レンズを作製した。そして、得られた投影光学系の
解像度はラインアンドスペースで０．１９μｍを達成
し、ＡｒＦエキシマレーザステッパとして良好な結像性
能を得ることができた。
口径２５０ｍｍ、厚さ７０ｍｍの、エキシマレーザ照射
領域内での最大屈折率差が△ｎ≦２×１０-6であり、最
大複屈折率が２ｎｍ／ｃｍ以下であり、さらに部材全域
にわたって、アルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属
のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎの各元素濃度がそれぞれ２０ｐｐｂ以下、Ａｌ
の濃度が５〜１００ｐｐｂ、アルカリ金属のＮａ濃度が
２０ｐｐｂ以下、Ｋ不純物濃度が５０ｐｐｂ以下の特性
を有する部材を用いて、ＡｒＦエキシマレーザステッパ
投影レンズを作製した。そして、得られた投影光学系の
解像度はラインアンドスペースで０．１９μｍを達成
し、ＡｒＦエキシマレーザステッパとして良好な結像性
能を得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、例えばエキシマレーザ
リソグラフィ装置などに設置されている、２５０ｎｍ以
下の紫外、真空紫外線あるいは同波長領域のレーザの光
学系のスループットを向上させ、広い領域にわたって均
一に結像することができる光学系を実現できるような石
英ガラス光学部材や、ファイバ、窓部材、ミラー、エタ
ロン、プリズムなど、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外
線あるいは同波長領域のレーザに対して高スループット
を有する光学素子を提供することが可能になった。さら
に、波長２５０ｎｍ以下の光源を用いた高精度な光リソ
グラフィ装置を提供することが可能になった。
リソグラフィ装置などに設置されている、２５０ｎｍ以
下の紫外、真空紫外線あるいは同波長領域のレーザの光
学系のスループットを向上させ、広い領域にわたって均
一に結像することができる光学系を実現できるような石
英ガラス光学部材や、ファイバ、窓部材、ミラー、エタ
ロン、プリズムなど、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外
線あるいは同波長領域のレーザに対して高スループット
を有する光学素子を提供することが可能になった。さら
に、波長２５０ｎｍ以下の光源を用いた高精度な光リソ
グラフィ装置を提供することが可能になった。
【図１】 合成石英ガラスを製造するための合成炉の概
略を示した概念図である。
略を示した概念図である。
【図２】 合成石英ガラスのＡｒＦエキシマレーザー波
長である１９３ｎｍでの吸収係数とＮａ濃度との相関を
示した図である。縦軸のｃｍ^-1はｃｍ-1を表してい
る。
長である１９３ｎｍでの吸収係数とＮａ濃度との相関を
示した図である。縦軸のｃｍ^-1はｃｍ-1を表してい
る。
Claims (8)
- 【請求項１】２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用
される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に含
有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ以下であることを特徴
とする石英ガラス光学部材。 - 【請求項２】２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用
される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に含
有されるＮａの濃度が５０ｐｐｂ以下であり、かつＡｌ
の濃度が５〜１００ｐｐｂであることを特徴とする石英
ガラス光学部材。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の石英ガラス光学
部材において、石英ガラス中に含有される遷移金属及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の各元素の濃度が各
々２０ｐｐｂ以下であることを特徴とする石英ガラス部
材。 - 【請求項４】２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用
される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に含
有されるＮａとＡｌのモル濃度比率が、［Ｎａ］／［Ａ
ｌ］≦１であることを特徴とする石英ガラス光学部材。 - 【請求項５】合成炉内で高純度のケイ素化合物をバーナ
から噴出される酸素水素火炎中で加水分解して石英ガラ
ス微粒子を形成し、ターゲット上に堆積してガラス化す
る石英ガラスの製造方法において、前記微粒子がターゲ
ットに到達した位置と合成炉壁との距離を２５０ｍｍ以
上に設定したことを特徴とする石英ガラスの製造方法。 - 【請求項６】合成炉内で高純度のケイ素化合物をバーナ
から噴出される酸素水素火炎中で加水分解して石英ガラ
ス微粒子を形成し、ターゲット上に堆積してガラス化す
る石英ガラスの製造方法において、合成炉の炉壁を形成
している耐火物がアルミナを主成分とする耐火物である
ことを特徴とする石英ガラスの製造方法。 - 【請求項７】投影光学系を用いてマスクのパターン像を
基板上に投影露光する装置であって、250nm以下の波長
領域の光を露光光としてマスクを照明する照明光学系
と、請求項１〜４のいずれかに記載の石英ガラス光学部
材を含み、前記マスクのパターン像を基板上に形成する
投影光学系と、からなる投影露光装置。 - 【請求項８】投影光学系を用いてマスクのパターン像を
基板上に投影露光する装置であって、請求項１〜４のい
ずれかに記載の石英ガラス光学部材を含み、２５０ｎｍ
以下の波長領域の光を露光光としてマスクを照明する照
明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に形成す
る投影光学系と、からなる投影露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20590696A JP3757476B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20590696A JP3757476B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1053432A true JPH1053432A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3757476B2 JP3757476B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=16514720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20590696A Expired - Lifetime JP3757476B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3757476B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1033350A1 (en) * | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Synthetic quartz glass member for use in ArF excimer laser lithography |
| EP0985643A3 (en) * | 1998-09-10 | 2000-10-25 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Method for producing synthetic quartz glass for the use in ArF excimer laser lithography |
| WO2002085808A1 (fr) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Nikon Corporation | Element en verre de silice et aligneur de projection |
| JP2003104746A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 合成石英ガラス材料の製造方法及び合成石英ガラス材料 |
| US6630418B2 (en) * | 2001-12-21 | 2003-10-07 | Corning Incorporated | Fused silica containing aluminum |
| US6672111B2 (en) | 2001-12-21 | 2004-01-06 | Corning Incorporated | Method and apparatus for adding metals to fused silica |
| US6946416B2 (en) | 2001-12-21 | 2005-09-20 | Corning Incorporated | Fused silica having improved index homogeneity |
| WO2007145369A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Tokyo Denpa Co., Ltd. | Artificial quartz member, process for producing the same, and optical element comprising the same |
| JP2008208017A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-09-11 | Tosoh Corp | 熔融石英ガラスおよびその製造方法 |
-
1996
- 1996-08-05 JP JP20590696A patent/JP3757476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0985643A3 (en) * | 1998-09-10 | 2000-10-25 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Method for producing synthetic quartz glass for the use in ArF excimer laser lithography |
| EP1033350A1 (en) * | 1999-03-04 | 2000-09-06 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Synthetic quartz glass member for use in ArF excimer laser lithography |
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| US6835683B2 (en) | 2001-04-19 | 2004-12-28 | Nikon Corporation | Quartz glass member and projection aligner |
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| WO2007145369A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Tokyo Denpa Co., Ltd. | Artificial quartz member, process for producing the same, and optical element comprising the same |
| US8257675B2 (en) | 2006-06-16 | 2012-09-04 | Tokyo Denpa Co., Ltd. | Artificial quartz member, process for producing the same, and optical element comprising the same |
| JP2008208017A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-09-11 | Tosoh Corp | 熔融石英ガラスおよびその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3757476B2 (ja) | 2006-03-22 |
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