(57)【要約】【課題】分光を必要とせず、装置が簡単で測定に時間がかからず、石英ガラスの特定色の蛍光の定量的評価にかかる時間を短縮できる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法を提供する。【解決手段】石英ガラスの評価装置は、石英ガラス試料にレーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光が照射された石英ガラス試料から発するラマン散乱光を受光する検出器と、石英ガラス試料と前記検出器間のラマン散乱光の光路に進退自在に設けられ特定色の蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタとを有する。また、これを用いた測定方法。【選択図】  図１
2004271220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス試料にレーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光が照射された石英ガラス試料から発するラマン散乱光を受光する検出器と、前記石英ガラス試料と前記検出器間のラマン散乱光の光路に進退自在に設けられ特定色の蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタとを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の石英ガラスの評価装置において、前記特定色の蛍光は、赤色蛍光であることを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項３】
石英ガラス試料にレーザ光を照射するレーザ光源と、このレーザ光源から発光されたレーザ光を平板状にするレーザ光平板化手段と、このレーザ光平板化手段により平板化されたレーザ光が通過し一方向に延びて開口された第１のスリットと、この第１のスリットを通過したレーザ光が通過し第１のスリットの開口と直交する方向に延びて開口した第２のスリットと、この第２のスリットを通過し石英ガラス試料を透過した光が通過する開口が設けられた第３のスリットと、この第３のスリットを通過した光を検出する検出器とを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項４】
請求項３に記載の石英ガラスの評価装置において、前記レーザ光平板化手段は、シリンダレンズであることを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項５】
請求項３に記載の石英ガラスの評価装置において、前記レーザ光平板化手段は、レーザ光源を振り子運動させて拡散させる光源回動機構であることを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項６】
請求項３に記載の石英ガラスの評価装置において、前記第３のスリットは、このスリットの中央部が遮蔽されていることを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１項に記載の石英ガラスの評価装置において、前記第２のスリットと石英ガラス試料間には、石英ガラス試料の端面に付着した塵挨等により生じる散乱光を検出し、塵埃等の有無を検出するための光検出器が設けられることを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項８】
一次光を発光させる発光装置と、この発光装置から出射される光線から赤色光のみをカットする赤外カットフィルタと、この赤外カットフィルタを透過した光線を石英ガラス試料へ入射するように反射させるミラーと、このミラーと前記石英ガラス試料間に配置され、前記入射光線により石英ガラス試料から二次的に発生する蛍光と前記入射光線の光軸が同一になるように設けられた対物レンズと、この対物レンズ及び前記ミラーに対向して設けられ対物レンズを透過した光線を集束する結像レンズと、この結像レンズを透過した光線から赤色光のみを透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを透過した光線を絞る絞りと、この絞りを通過した光線を検出する検出器とを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項９】
請求項８に記載の石英ガラスの評価装置において、前記赤外カットフィルタの透過波長がλ＜λ１のとき、バンドパスフィルタ５Ｂの波長特性はλ２＞λ＞λ１であり、λ１は５７０〜７１０ｎｍの領域にあり、λ２は５９０〜７３０ｎｍの領域にある関係を有することを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の石英ガラスの評価装置において、前記発光装置と、赤外カットフィルタと、ミラーと、対物レンズと、結像レンズと、バンドパスフィルタと、絞りと検出器とが一体的にケーシングに収納され、プローブを形成することを特徴とする石英ガラスの評価装置。
【請求項１１】
石英ガラス試料にレーザ光を照射し、石英ガラス試料から発する全ラマン散乱光と、特定色の蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタを透過する特定色の蛍光とを選択的に区分して測定し、全ラマン散乱光と特定色の蛍光の比をとり、特定色の蛍光の定量的評価を行うことを特徴とする石英ガラスの評価方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の石英ガラスの評価方法において、前記特定色の蛍光は、赤色蛍光であることを特徴とする石英ガラスの評価方法。
【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評価装置及び方法に係わり、特にラマン散乱光の検出、屈折・散乱による光量の変化の検出あるいは赤色蛍光の検出をする石英ガラスの評価装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過する光線が影響を受けないようにするため、レンズ材等の光学材料や半導体回路製造用のフォトマスク材では、特定波長の蛍光の発生を抑制することが不可欠であり、蛍光の評価が極めて重要である。
【０００３】
上記フォトマスク材では、可視蛍光強度が一定の値を超えないように規定される場合がある。その理由としては、石英ガラスに紫外線を照射したときに発生する赤色蛍光は、非架橋の酸素に起因しているからであり、シリコンウェーハにパターンを書き込む際に悪影響を及ぼすため、品質管理の面でその評価方法が必要になっている。
【０００４】
ここで蛍光とは、物質中の電子が種々の刺激、例えば、光照射による光量子の吸収により、基底状態から励起状態に遷移し、再び基底状態に戻るときに光を放出する現象をルミネッセンスといい、この放出光の減衰時間の短いもの（１０−９〜１０−３ｓｅｃ）、すなわち、外部からの刺激を除いた後に物質が発する残光の中で、減衰時間が短い成分に対応する発光である。
【０００５】
また、上記蛍光材料の他に、シリコン単結晶インゴットを引上げるのに用いられる石英ルツボやその他のガラス製品でも、特定の蛍光を評価することにより、材料の品質を評価することができる。
【０００６】
石英ルツボに対する蛍光の評価は、有害な気泡の発生の評価に適用される。以下、気泡発生の評価の必要性について説明する。石英ガラスルツボは、透明な内層と不透明な外層とからなり、その製造方法は、一般に不透明の外層を形成した後、外層に石英粉を撒き、溶融等の方法で透明な内層を形成するものであるが、単結晶引上げ時に高温に上昇させることにより透明層に気泡が発生し、ルツボ材の変形を招くと共に、気泡部分がシリコン融液に溶解し、単結晶化率を低下させるという問題がある。透明層に発生する気泡は酸素が主体で、不純物や構造水の多い部分が気泡の核となり、形成された気泡に周囲の酸素が拡散し成長するものである。気泡の発生防止には、核となる不純物や構造水を除去するか、又はガラス中に過剰に溶存するあるいは不安定な状態でＳｉ原子と結合した酸素を除去することが必要であるが、前者はこれを完全に除去することは困難であるが、後者に関して水素中で透明層を形成するか、あるいは再加熱又は溶融することにより気泡発生を抑制することができる。気泡抑制に及ぼす水素の影響は次のように説明できる。すなわち、第１に雰囲気より酸素を除外することにより、過剰に溶解した酸素をガラス外に排出する、第２に不安定酸素をガラス網目構造に取込み固定するかあるいはＯＨ基として安定化する。水素は雰囲気中に混入した酸素を水に変えることにより雰囲気中の酸素濃度を低下させる働きと、ガラス内部で不安定酸素をＯＨ基に変えて固定する働きをなすものと考えられる。ルツボ材としては、水素処理により無気泡層が形成されているか否か、また常時その厚さの確認が必要であり、その評価手段が不可欠である。非破壊での評価方法としては、不安定酸素を含む過剰酸素が６５０ｎｍにピークを有する赤色蛍光を発することから、これを検出することにより過剰酸素の除去効果、すなわち気泡が発生するかどうかを判定できる。
【０００７】
従来、石英ガラスの赤色蛍光評価法として、蛍光分光法及びレーザーラマン分光法（例えば特許文献１）があるが、いずれも分光を要し、装置が複雑で測定に時間がかかる問題があった。
【０００８】
さらに、フォトマスクやレンズ等の光学ガラスでは、上記のように特定波長の蛍光の発生を抑制することの他に、気泡や析出物等の内部欠陥及び局所的な屈折率の変化があってはならず、光学ガラスの非破壊による内部欠陥及び局所的な屈折率の変化の評価が不可欠である。
【０００９】
従来、これら欠陥の検出法として、目視観察又はシュリーレン法を主体に行われているが、しかしながら、目視観察では微小な欠陥あるいは透明な欠陥の検出は困難で、検査担当者の熟練度にも依存するという問題があり、シュリーレン法は、平行な光線をガラスに照射して屈折率の変化を見るため、屈折率があまり変化しない欠陥に対しては感度が不足すること及び、微小な欠陥の検出は困難が伴うという問題があった。
【００１０】
なお、シリコン等の結晶の内部まで測定可能なフォトルミネッセンス計測方法及び装置に関する技術として特許文献２に記載のようなものがある。しかしながら、特許文献２に記載のものは、結晶内部の構造を解析して微少析出物を評価するものであり、ガラス内部に存在する異物の検出を行うものと異なり、装置が複雑で測定に時間がかかる。
【００１１】
また、本発明者等は、レーザ光を試料表面に斜めに入射させ、入射レーザ光によって試料内部より発する蛍光を集光・検出することにより、試料の深さ方向の光学物性を評価する蛍光検出測定装置についての提案を行っている（特許文献３）。しかしながら、特許文献３に記載の蛍光検出測定装置は、レーザ光路と集光・検出光路が別個に形成されているため、装置が大形であり、その場測定に適さない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平２０００−３４４５３６号公報（段落番号［００６４］、［００６５］）
【００１３】
【特許文献２】
特開平５−２８１１４１号公報（段落番号［００１８］、図３）
【００１４】
【特許文献３】
特開２００２−１８１７１０号公報（段落番号［００１３］〜［００１５］、図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、分光を必要とせず、装置が簡単で測定に時間がかからず、石英ガラスの特定色の蛍光の定量的評価にかかる時間を短縮できる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、操作が簡単かつ容易で、屈折率があまり変化しない欠陥あるいは微小な欠陥を確実に検出でき、さらに、その場測定に適する石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、石英ガラス試料にレーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光が照射された石英ガラス試料から発するラマン散乱光を受光する検出器と、前記石英ガラス試料と前記検出器間のラマン散乱光の光路に進退自在に設けられ特定色の蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタとを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置が提供される。これにより、分光を必要とせず、装置が簡単で測定に時間がかからず、石英ガラスの特定色の蛍光の定量的評価にかかる時間を短縮できる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置が実現される。
【００１８】
好適な一例では、前記特定色の蛍光は、赤色蛍光である。これにより、非架橋の酸素に起因する赤色蛍光を測定し、気泡の発生が抑制可能な製造の制御が行える。
【００１９】
また、本発明の他の態様によれば、石英ガラス試料にレーザ光を照射するレーザ光源と、このレーザ光源から発光されたレーザ光を平板状にするレーザ光平板化手段と、このレーザ光平板化手段により平板化されたレーザ光が通過し一方向に延びて開口された第１のスリットと、この第１のスリットを通過したレーザ光が通過し第１のスリットの開口と直交する方向に延びて開口した第２のスリットと、この第２のスリットを通過し石英ガラス試料を透過した光が通過する開口が設けられた第３のスリットと、この第３のスリットを通過した光を検出する検出器とを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置が提供される。これにより、目視法等では確認できない石英ガラス試料中の気泡や析出物のような微小な欠陥を非破壊で検出できる。また、スリットを設けることにより、試料中で一次光が集光した近傍のみからの蛍光を検出することにより、位置分解能を向上させることができる。
【００２０】
好適な一例では、前記レーザ光平板化手段は、シリンダレ８ンズである。これにより、レーザ光が容易に平板化される。
【００２１】
また、他の好適な一例では、前記レーザ光平板化手段は、レーザ光源を振り子運動させて拡散させる光源回動機構である。これにより、レーザ光が容易に平板化される。
【００２２】
また、他の好適な一例では、前記第３のスリットは、スリットの中央部が遮蔽されている。これにより、微小な欠陥が確実に検出される。
【００２３】
また、他の好適な一例では、前記第２のスリットと石英ガラス試料間には、石英ガラス試料の端面に付着した塵挨等により生じる散乱光を検出し、塵埃等の有無を検出するための光検出器が設けられる。これにより、石英ガラス試料の端面に付着した塵埃等を除去でき、確実に試料内部の欠陥を検出できる。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、一次光を発光させる発光装置と、この発光装置から出射される光線から赤色光のみをカットする赤外カットフィルタと、この赤外カットフィルタを透過した光線を石英ガラス試料へ入射するように反射させるミラーと、このミラーと前記石英ガラス試料間に配置され、前記入射光線により石英ガラス試料から二次的に発生する蛍光と前記入射光線の光軸が同一になるように設けられた対物レンズと、この対物レンズ及び前記ミラーに対向して設けられ対物レンズを透過した光線を集束する結像レンズと、この結像レンズを透過した光線から赤色光のみを透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを透過した光線を絞る絞りと、この絞りを通過した光線を検出する検出器とを有することを特徴とする石英ガラスの評価装置が提供される。これにより、装置を大幅に簡略化でき、また、分光器、液体窒素冷却ＣＣＤ検出器を必要とせず、また必ずしもレーザ光源を必要としないので、コンパクトになると共に、光学系の調整も容易になるので、製造プロセスでのモニタリング手段として最適である。さらに大出力のランプを使用することにより感度を大幅に向上でき、測定時間を短縮できる。また、絞りは、石英ガラス試料中で一次光が絞り込まれた焦点付近のみからの蛍光を検出するようにし、焦点前後の深さからの蛍光を除去することにより深さ方向の解像度を上げることができる。
【００２５】
好適な一例では、前記赤外カットフィルタの透過波長がλ＜λ１のとき、バンドパスフィルタ５Ｂの波長特性はλ２＞λ＞λ１であり、λ１は５５０〜６７０ｎｍの領域にあり、λ２は５９０〜６９０ｎｍの領域にある関係を有する。
【００２６】
好適な一例では、前記発光装置と、赤外カットフィルタと、ミラーと、対物レンズと、結像レンズと、バンドパスフィルタと、絞りと検出器とが一体的にケーシングに収納され、プローブを形成する。これにより、その場測定が極めて容易になる。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、石英ガラス試料にレーザ光を照射し、石英ガラス試料から発する全ラマン散乱光と、特定色の蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタを透過する特定色の蛍光とを選択的に区分して測定し、全ラマン散乱光と特定色の蛍光の比をとり、特定色の蛍光の定量的評価を行うことを特徴とする石英ガラスの評価方法が提供される。
【００２８】
好適な一例では、前記特定色の蛍光は、赤色蛍光であることを特徴とする石英ガラスの評価方法が提供される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は本第１実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置の模式図である。
【００３１】
図１に示すように、本第１実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置１は、試料Ｓにレーザ光を照射するレーザ光源２と、レーザ光を照射された石英ガラス試料Ｓから発するラマン散乱光を受光する検出器３と、前記石英ガラス試料Ｓと前記検出器３間のラマン散乱光の光路４の一部又は全部に進退自在に設けられ特定色の蛍光、例えば赤色蛍光のみを透過させるバンドパスフィルタ５とを有する。
【００３２】
上記レーザ光源２は、例えば波長５１４ｎｍレーザを用い、検出器３は、特に限定されるものではないが、二次元検出器であることが好ましい。好適な二次元検出器としては、フォトマル、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ等の検出器を挙げることができ、これらのうち、時間短縮を望むならＣＣＤが最も好適であり、その波長測定範囲は例えば５１４〜６５０ｎｍ強であり、より高感度を求めるならフォトマルが好適である。
【００３３】
次に本第１実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価方法について説明する。
【００３４】
最初に石英ガラス試料Ｓをレーザ光源２と検出器３間にセットする。
【００３５】
レーザ光源２からレーザ光を発光させて石英ガラス試料Ｓに照射する。バンドパスフィルタ５は、光路４から外れた待機位置（後退位置）にあり、石英ガラス試料Ｓから個々の試料に応じたラマン散乱光が発光し、この発光したラマン散乱光は全て検出器３に達し、図２に示すように、その強度が測定される。
【００３６】
次にバンドパスフィルタ５を前進させて光路４に位置させ、石英ガラス試料Ｓから発光するラマン散乱光のうち赤色蛍光（６５０ｎｍ）のみを透過させ、透過した赤色蛍光（６５０ｎｍ）のみが検出器３に達し、図２に示すように、その強度が測定される。
【００３７】
この両者の強度比から赤色蛍光の量を定量的に評価できる。この評価により、不安定酸素を含む過剰酸素（非架橋の酸素）に起因し６５０ｎｍにピークを有する赤色蛍光を発することから、過剰酸素の把握ができ、短時間で石英ガラスの評価が可能となる。
【００３８】
本第１実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置によれば、石英ガラス試料から他の要因により発生する特定色の蛍光のみを透過するバンドパスフィルタを用いることにより、特定色の蛍光を検出して特定要因を評価することができる。従って、分光を必要とせず、装置が簡単で測定に時間がかからず、石英ガラスの特定色の蛍光の定量的評価にかかる時間を短縮できる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価が可能となる。
【００３９】
また、本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第２実施形態について説明する。
【００４０】
図３は本第２実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置の模式図である。
【００４１】
図３に示すように、本第２実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置１Ａは、石英ガラス試料Ｓにレーザ光を照射するレーザ光源２Ａと、このレーザ光源２Ａから発光されたレーザ光を平板状にするレーザ光平板化手段、例えばシリンダレンズ６Ａと、このシリンダレンズ６Ａにより平板化されたレーザ光が通過し一方向、例えばＸ軸方向に延びて開口された第１のスリット７Ａと、この第１のスリット７Ａを通過したレーザ光が通過し第１のスリットの開口と直交するＹ軸方向に延びて開口した第２のスリット８Ａと、この第２のスリット８Ａを通過し石英ガラス試料Ｓを透過した光が通過しＹ軸方向に延び図４（ａ）に示すような開口が設けられた第３のスリット９Ａと、この第３のスリット９Ａを通過した光を検出する検出器３Ａとを有している。また、第２のスリット８Ａと石英ガラス試料Ｓ間には、石英ガラス試料Ｓの端面に付着した塵挨等により生じる散乱光を検出し、塵埃等の有無を検出するための光検出器としてのフォトダイオード１０Ａ、１１Ａが設けられている。
【００４２】
なお、上記レーザ光平板化手段は、シリンダレンズに限らず、レーザ光源を振り子運動させて拡散させる光源回動機構のようなものであってもよい。
【００４３】
次に本第２実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価方法について説明する。
【００４４】
図３に示すように、最初に石英ガラス試料Ｓを第２のスリット８Ａと第３のスリット９Ａ間にセットし、フォトダイオード１０Ａ、１１Ａを石英ガラス試料Ｓの端面から発する散乱光を検出できる位置に調整する。
【００４５】
レーザ光源２Ａからレーザ光を発光させてシリンダレンズ６Ａを透過させて、一旦、例えばＸ軸方向に光束を広げ、広げられた光束を再度平板化（平行）レーザ光にする。
【００４６】
平板化されたレーザ光は、第１のスリット７Ａを通過して、上下方向（Ｙ軸方向）がカットされ所望上下幅のレーザ光となり、第２のスリット８Ａを通過し横方向（Ｘ軸方向）がカットされ所望横幅のレーザ光となり、所望平板状のレーザ光となって、石英ガラス試料Ｓに照射される。石英ガラス試料Ｓに照射されたレーザ光は、石英ガラスＳを透過して、第３のスリット９Ａを通過し、検出器３Ａで検出され、石英ガラス試料Ｓは評価される。このとき、第３のスリット９Ａは、検出器３Ａの前に置かれており、異物による屈折したレーザ光をカットすると共に、石英ガラス試料Ｓの端面の塵埃等による乱反射を押える役割を果たす。また、第３のスリットは、図４（ｂ）に示すように、その中央部を遮蔽した構造でも良く、この構造では正常な透過光をカットし、異物によって屈折した光のみを検出する。図４（ａ）に示すような前者は、図４（ｂ）に示す後者に比べて、試料端面の塵埃等による散乱光の影響を受けにくい利点を有するが、微小な欠陥の検出については、後者の方が好ましい。
【００４７】
上記のような評価過程において、石英ガラス試料Ｓに欠陥が存在すれば、レーザ光は散乱され、あるいは屈折されて検出器３Ａでの受光量に変化が生じる。これによって、目視法等では確認できない石英ガラス試料中の気泡や析出物のような微小な欠陥を非破壊で検出できる。
【００４８】
評価時、石英ガラス試料Ｓの表面に異物が付着していると、異物と試料内部の欠陥との区別ができなくなるため、フォトダイオード１０Ａ、１１Ａにより石英ガラス試料Ｓの端面から発する散乱光を検出し、散乱光が検出された場合には、石英ガラス試料Ｓの表面をきれいに拭いて異物を除去する。このように確実に試料内部の欠陥を検出できる。
【００４９】
また、本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第３実施形態について説明する。
【００５０】
図５は本第３実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置の模式図である。
【００５１】
図５に示すように、本第３実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置１Ｂは、可視又は紫外光線あるいは可視、紫外域のレーザ光等の一次光を発光させる発光装置２Ｂと、この発光装置Ｂから出射される光線から赤色光のみをカットする赤外カットフィルタ１５Ｂと、この赤外カットフィルタ１５Ｂを透過した光線を石英ガラス試料Ｓへ入射するように反射させるミラー１６Ｂと、このミラー１６Ｂと石英ガラス試料Ｓ間に配置され、入射光線により石英ガラス試料Ｓから二次的に発生する蛍光と入射光線の光軸が同一になるように設けられた対物レンズ１７Ｂと、この対物レンズ１７Ｂ及びミラー１６Ｂに対向して設けられ対物レンズ１７Ｂを透過した光線を集束する結像レンズ１８Ｂと、この集光レンズ１８Ｂを透過した光線から赤色光のみを透過させるバンドパスフィルタ５Ｂと、このバンドパスフィルタ５Ｂを透過した光線を絞る絞り１９Ｂと、この絞り１９Ｂを通過した光線を検出する検出器３Ｂとを有する。
【００５２】
バンドパスフィルタの透過波長は５７０〜７３０ｎｍ間の任意の領域に設定し、好ましくは６００〜７００ｎｍである。上記赤色カットフィルタのカット波長位置はバンドパスフィルタの波長域に依存し、バンドパス最短波長より短いが、あまり離れない位置、例えば５９０〜６９０ｎｍの領域に設定する。上記赤外カットフィルタ１５Ｂの透過波長がλ＜λ１のとき、バンドパスフィルタ５Ｂの波長特性はλ２＞λ＞λ１であり、ここで、λ１は５７０〜７１０ｎｍの領域にあり、λ２は５９０〜７３０ｎｍの領域にある関係を有する。
【００５３】
また、上記二次蛍光を集光する対物レンズ１７Ｂ設置し、検出器３Ｂ集光面にスリットを設け、試料中で一次光が集光した近傍のみからの蛍光を検出することにより、位置分解能を向上させることができる。
【００５４】
次に本第３実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価方法について説明する。
【００５５】
図５に示すように、最初に石英ガラス試料Ｓをセットする。
【００５６】
発光装置２Ｂから可視又は紫外光線を発光させ、赤外カットフィルタ１５Ｂを透過させる。赤外カットフィルタ１５Ｂを透過させることにより、試料面や対物レンズ１７Ｂ、集束１８Ｂ、ミラー１６Ｂでの散乱光又は反射光が、検出器３Ｂに入り、バックグラウンドとなって赤色蛍光検出に支障が生じるのが防止される。
【００５７】
赤外カットされた可視又は紫外光線は、ミラー１６Ｂで反射され、対物レンズ１７Ｂで絞り込まれて試料に入射される。
【００５８】
一次光は石英ガラス試料Ｓ中の深さで焦点を結び、そこから蛍光を発する。
【００５９】
二次的に発生した蛍光を同じ対物レンズ１７Ｂで集光し、一旦平行光線にした後、バンドパスフィルタ５Ｂに達する。二次的に発生した蛍光のうち赤色光のみが絞り１９Ｂを通過して、検出器３Ｂにより検出される。絞り１９Ｂは、石英ガラス試料Ｓ中で一次光が絞り込まれた焦点付近のみからの蛍光を検出するようにし、焦点前後の深さからの蛍光を除去することにより深さ方向の解像度を上げるもので、焦点の大きさや目的の解像度に依存し絞り径を変化させる。
【００６０】
図９に示すように、光学系はケーシングに一体的に収納して小型のプローブにすることができ、石英ガラスルツボ内面の任意の部位の測定を可能にすることができる。例えば、プローブをルツボ内面に対して垂直になるように位置決めし、ルツボ内面に対して上下させることにより、深さ方向の構造変化を評価でき、さらに左右にずらすことにより、ニ次元あるいは三次元での評価が可能になる。
【００６１】
上記のように本第３実施形態によれば、一次光を試料に照射し、同光線によって励起され発生した蛍光を検出することにより、石英ガラスの厚さを測定することが可能となる。また、従来装置に比べて装置を大幅に簡略化できる。分光器、液体窒素冷却ＣＣＤ検出器を必要とせず、さらに、必ずしもレーザ光源を必要としないので、コンパクトになると共に、光学系の調整も容易になり、製造プロセスでのモニタリング手段として最適である。また、大出力のランプを使用することにより感度を大幅に向上でき、測定時間を短縮できる。従来装置では製品のその場測定は困難であったが、本第３実施形態によれば、その場測定が極めて容易になる。
【００６２】
【実施例】
「試験１」
試験方法：  図１に示すような本発明の第１実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置（波長５１４ｎｍレーザ光、ＣＣＤ検出器）を用いて、石英ガラスを測定した。
【００６３】
結果：  図２は測定した石英ガラスのラマンスペクトルである。
【００６４】
測定波長範囲は５１４ｎｍ〜６５０ｎｍ強であるが、従来はこの波長範囲を５分割して測定するため、測定に長時間を要した。
【００６５】
これに対して、本実施例では、一回のバンドパスフィルタの出入れのみで測定が可能であり、測定時間は極めて短時間であった。また、全ラマン散乱光カウント数は７．８×１０６、赤色蛍光カウント数は１．２×１０５となり、赤色蛍光強度は１．５×１０−２という結果を得た。
【００６６】
「試験２」
試験方法：  図３に示すような本発明の第２実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置（波長５１４ｎｍのＡｒイオンレーザ光、ＣＣＤ検出器）を用いて、厚さ１５ｃｍの石英ガラス内に存在する数１０ｎｍの大きさの透明異物の検出を試みた。
【００６７】
結果：  図６〜図８に示す。
【００６８】
図６は、透明無欠陥部分を通過したレーザ光のスポット図であり、同心円状で偏心がない。
【００６９】
図７及び図８は、透明欠陥部分を通過したレーザ光のスポット像図であり、スポット像は楕円形に変形しており、さらに、屈折により中心位置よりずれていることが確認された。スポット像の形状は、欠陥の形状により様々な形状になるが、いずれにしても正常な同心円ではなく、スポット像が不均一になり、これを検出することにより、欠陥の有無を確認できることがわかった。
【００７０】
「試験３」
試験方法：  図５及び図９に示すような本発明の第３実施形態の石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置（光源に５０ＷのＸｅランプ組込み）を用いて、水素処理により内面の表層約３ｍｍに渡って気泡発生を抑制する層を形成した石英ルツボに対して、その内面から深さ方向の蛍光測定を行った。
【００７１】
結果：  図１０に示す。
【００７２】
図１０に示すように、表層では赤色蛍光が少ないが、２．８ｍｍの深さから急激に増加している。急激増加前の層が気泡の発生しない層であり、非破壊で検出可能であることが確認できた。測定に要した時間は、１点当たり１分以内であり、測定時間は、従来に比べ数分の１に短縮できた。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係わる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法によれば、分光を必要とせず、装置が簡単で測定に時間がかからず、石英ガラスの特定色の蛍光の定量的評価にかかる時間を短縮できる石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法を提供することができる。
【００７４】
また、操作が簡単かつ容易で、屈折率があまり変化しない欠陥あるいは微小な欠陥を確実に検出でき、さらに、その場測定に適する石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第１実施形態の模式図。
【図２】本発明の第１実施形態を用いたラマンスペクトル図。
【図３】本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第２実施形態の模式図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に用いられる第３のスリットの概念図。
【図５】本発明に係わる石英ガラスの評価装置の第３実施形態の模式図。
【図６】本発明の第２実施形態により形成されたスポット像図。
【図７】本発明の第２実施形態により形成されたスポット像図。
【図８】本発明の第２実施形態により形成されたスポット像図。
【図９】本発明の第３実施形態を用いた石英ガラスルツボの測定概念図。
【図１０】本発明の第３実施形態を用いた石英ガラスルツボの測定結果図。
【符号の説明】
１  石英ガラスの蛍光強度の定量的評価装置
２  レーザ光源
３  検出器
４  光路
５  バンドパスフィルタ
Ｓ  試料
【図１】
2004271220.tif 000003
【図２】
2004271220.tif 000004
【図３】
2004271220.tif 000005
【図４】
2004271220.tif 000006
【図５】
2004271220.tif 000007
【図６】
2004271220.tif 000008
【図７】
2004271220.tif 000009
【図８】
2004271220.tif 000010
【図９】
2004271220.tif 000011
【図１０】
2004271220.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月13日(2003.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
好適な一例では、前記レーザ光平板化手段は、シリンダレンズ８である。これにより、レーザ光が容易に平板化される。