(57)【要約】【課題】大型の光学材料の透過率を、非破壊、高精度で測定する方法および装置を提供すること。【解決手段】固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する透過率の測定方法。接触式の音波検出器を用いる場合に、検出器の接触圧力を一定に保つことにより、音波の検出感度を安定させる。固体試料を逐次移動させレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定する。ミラー等を用いてレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定する。固体試料にレーザー光を照射する手段、固体試料に発生した超音波を検出する超音波検出手段、超音波の強度から固体試料の透過率を計算する手段からなる透過率の測定装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する透過率の測定方法。
【請求項２】
接触式の音波検出器を用いる場合に、検出器の接触圧力を一定に保つことにより、音波の検出感度を安定させる請求項１の透過率の測定方法。
【請求項３】
固体試料を逐次移動させレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定する請求項１の透過率の測定方法。
【請求項４】
ミラー等を用いてレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定する請求項１の透過率の測定方法。
【請求項５】
固体試料にレーザー光を照射する手段、固体試料に発生した超音波を検出する超音波検出手段、超音波の強度から固体試料の透過率を計算する手段からなる透過率の測定装置。
【請求項６】
レーザー光の照射位置を変える手段を付加した請求項５の透過率の測定装置。
【請求項７】
レーザー光の照射位置を変える手段が固体試料を逐次移動させ手段からなる請求項６の透過率の測定装置。
【請求項８】
レーザー光の照射位置を変える手段がミラーからなる請求項６の透過率の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の属する技術分野】
本発明は、固体の透過率を測定する方法および装置に関する。より詳細には本発明は、大型の光学材料にレーザー光を照射し、大型の光学材料中に発生する超音波を検出して、大型の光学材料の透過率を非破壊かつ高精度で測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、分光器を用いて光を試料に通し、その通過前後の光強度の測定から透過率を求める方法が用いられていたが、９９％程度以上の高透過率の材料の場合は、通過前後の光強度の差は１％未満になり、光強度検知器の精度の制約を受け、高精度で測定することが困難であった。また、レーザーカロリメトリ法として知られているように、レーザー光を光学材料に照射しその温度上昇から高精度で透過率を求めることもできるが、大型の試料では熱容量が大きく得られる温度上昇は小さくなり、この方法によっても高精度で測定することは困難である。
【０００３】
また、分光器による測定では、分光器に入るサイズ、通常３０ｍｍ角、厚さ１０ｍｍほどに、光学材料を切断し加工しなければならないため、破壊検査となる。また、試料表面の凹凸が大きいと通過する光の散乱が大きくなり、測定誤差が大きくなり、このため凹凸が１０Å程度以下の高度な研磨が要求される（特許文献１）が、これを達成するのは技術的に容易でない。
【０００４】
また、非特許文献１にあるように、レーザーカロリメトリ法による測定でも、分光器の場合と同程度の大きのサイズでなければ、充分な温度上昇が得られないため、光学材料を切断し加工しなければならず、破壊検査となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２３０４４５号公報
【非特許文献１】
Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ３３３４  １０５５（″Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ＤＵＶ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｂｙ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ”  Ｋ．  Ｍａｎｎ  ａｎｄ  Ｅ．  Ｅｖａ）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明において対象となるのは、透過率が９９％程度以上で、しかも大型で口径が１００ｍｍ程度以上の、その透過率を高精度に測定する必要がある固体についてである。具体的には、半導体露光装置に代表される石英ガラスやフッ化カルシウム結晶などの光学材料である。半導体露光装置の場合のように、数十枚の多数のレンズで構成された光学系では、１枚のレンズの光損失すなわち吸収がわずかであっても、このレンズ系を通った光の損失は数十％にも達する。また、吸収の分布が一様でないために起こる熱歪みが問題となる。このため、予めレンズとなる光学材料の透過率分布を測定することが望まれてきた。９９％程度以上の高透過率を有する光学材料の透過率測定検査では、高い測定精度が要求され、しかも非破壊で測定できる必要がある。
【０００７】
本発明は、高透過率の材料の透過率を、非破壊、高精度で測定する方法および装置を提供することを目的としている。より詳細には本発明は、大型の光学材料の透過率を、非破壊、高精度で測定する方法および装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、光学材料の光の吸収について発生する現象を調査検討した。詳細なメカニズムは明らかになっていないが、パルスレーザーを金属に照射すれば、光の吸収によって超音波が発生することは知られており、金属中の欠陥検査に応用され得ることは公知である。本発明者らは、パルスレーザーを照射すれば光を透過するガラスや結晶においても光の吸収があれば超音波が発生すると予想した。実際、フッ化カルシウムの結晶を例に、パルスレーザー光を照射し、吸収率にほぼ比例して超音波が発生していることを確かめた。なお、一般的に透過率＝１００％−吸収率の関係があることが知られているため、吸収率から透過率を求めることができる。これにより非破壊で透過率を測定することが可能となる。
【０００９】
これまで行われてきた分光器による透過率測定では、光の検出器に光電子倍増管を用いているが、光電子倍増管の精度は０．５％程度であり、要求された精度を満足できない。しかし、超音波検出器を検知器とした場合は、僅かな超音波でも検知が可能であるため、高精度化を容易に達成し得ると考えた。なぜなら、透過率で９９．９８％か９９．９９％であるか測定するよりも、透過率＝１００％−吸収率の関係があるため、最少検知感度が十分小さい限り、吸収率で０．０１％か０．０２％であるか測る方が正確にできるとういことである。このように透過率を高精度で求めることも可能となる。
【００１０】
本発明は、固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する透過率の測定方法を要旨としている。
【００１１】
本発明の透過率の測定方法は、固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する方法であって、接触式の音波検出器を用いる場合に、検出器の接触圧力を一定に保つことにより、音波の検出感度を安定させることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の透過率の測定方法は、固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する方法であって、固体試料を逐次移動させレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の透過率の測定方法は、固体試料にパルスレーザー光を照射し、固体試料中に発生する音波を検出し、その強度から透過率を測定する方法であって、ミラー等を用いてレーザー光の照射位置を変えることにより、透過率の分布を測定することを特徴としている。
【００１４】
本発明は、固体試料にレーザー光を照射する手段、固体試料に発生した超音波を検出する超音波検出手段、超音波の強度から固体試料の透過率を計算する手段からなる透過率の測定装置を要旨としている。
【００１５】
また、本発明の透過率の測定装置は、固体試料にレーザー光を照射する手段、固体試料に発生した超音波を検出する超音波検出手段、超音波の強度から固体試料の透過率を計算する手段、固体試料を逐次移動させ手段またはミラーからなるレーザー光の照射位置を変える手段からなることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜透過率の測定手法＞
予め同じ装置で、破壊しても良い同程度の透過率を有する同じ材質の光学材料サンプルを用意する。この光学材料の各位置にレーザー光を照射したときに発生した超音波の強度を記録する。サンプルの各々のレーザー照射位置における小片を切り出し、その吸収率をレーザーカロリメトリ法で測定する。これにより、透過率と発生する超音波の数値的関係すなわち校正曲線が得られる。この校正曲線を用いると、同じ材質の光学材料であれば、次からは破壊する必要は無く、超音波強度を測定することにより、高精度な測定が行えるようになる。
【００１７】
＜レーザー光の照射＞
レーザー光の照射位置を逐次変えていけば、複数の位置における透過率の測定が可能になる。すなわち、透過率分布も求めることができる。レーザー光の照射位置を変える方法は、ミラーの角度を変えレーザー光を反射させ照射する方法や、ＸＹテーブルによって光学材料自身を動かし変える方法が考えられる。
【００１８】
＜超音波の検出＞
超音波の検出には、接触式と非接触式がある。接触式の超音波検出器は、接触の押さえる力を変えると検出感度が変化する場合があり、一定の力で押さえ測定するほうが望ましい。非接触式の超音波検出器としては、レーザードップラー振動計を用いることが考えられる。
【００１９】
【作用】
大型の光学材料の透過率分布が、非破壊でしかも高精度で測定が可能となる。
【００２０】
レーザー光を照射する位置を変えるための、ミラー角度やＸＹテーブルの位置制御により、光学材料上の任意の位置にレーザー光を照射することができる。すなわち、任意の位置の透過率が測定が可能となる。
【００２１】
接触式の超音波検出器を用いる場合、接触式の超音波検出器は押し付ける力により感度が変わるため、検出器を光学材料に当てる力を一定に保つことにより、高精度な測定が可能となる。
【００２２】
【実施例】
本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
測定装置の例を図１に示す。光源関係はパルスレーザー、ミラーで構成される。材料の駆動系は、ＸＹテーブル、テーブル駆動系、駆動リンクで構成される。超音波の測定系は、超音波検出器、検出器駆動系、アームで構成される。また、これらを制御、データ収集し、透過率を算出する制御解析装置がある。制御解析装置とパルスレーザー、テーブル駆動系、検出器、検出器駆動系は信号線で接続されている。パルスレーザーから出射したレーザー光はミラーによって反射され、光学材に一定の角度で照射される。発生した超音波は超音波検出器によって検出され、超音波の強度波形は制御解析装置に送られる。テーブル駆動系は、駆動リンクを介して、ＸＹテーブルを任意のＸＹ方向に動かす。これにより、ＸＹテーブル上の光学材料も所定のＸＹ方向に動き、光学材料上のレーザー照射位置が変えられる。検出器駆動系はアームを介して超音波検出器を上下させ、ＸＹテーブルが動いている間は超音波検出器を上に持ち上げ、ＸＹテーブルが停止すると超音波検出器を光学材料上に一定の力で押し付ける。なお、アーム長さおよび角度は一定で、レーザー光の照射位置と超音波検出器の距離は一定に保たれる。レーザー光の照射した位置、すなわち測定位置は、レーザー発射時のＸＹテーブルの位置から求まる。発生した超音波の強度からは、校正曲線すなわち透過率と超音波強度の関係から、透過率が求まる。これにより、光学材料の各測定点における透過率の値、すなわち透過率分布が求まり、制御解析装置はこの透過率分布を表示する。なお、校正曲線とは、透過率が同程度の同じ光学材料で得られた超音波強度と、これを分光器かレーザーカロリメトリ法で破壊検査により測定して求めた透過率により、透過率と超音波強度の関係を予め求めておいたものである。
【００２４】
【発明の効果】
大型の高透過率の光学材料を非破壊で高精度に測定する方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光音響法による透過率計測装置の例を示す。
【図１】
2004226155.tif 000003