(57)【要約】光学材料(４)の品質を評価するための方法は、光学材料(４)の蛍光スペクトルを得るステップ、目的用途において望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップ及び光学材料(４)のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップを含む。光学材料(４)のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であれば、方法は光学材料(４)が目的用途に適することを表示するステップを含み、相似でなければ、方法は光学材料(４)が目的用途に不適であることを表示するステップを含む。
2004521326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学材料の品質を評価するための方法であって、
前記光学材料の蛍光スペクトルを得るステップと、
目的用途において望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップと、
前記光学材料の前記蛍光スペクトルの形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップと、
前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状と相似であれば、前記光学結晶が前記目的用途に適することを表示し、相似でなければ、前記光学結晶が前記目的用途に不適であることを表示するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学材料の前記蛍光スペクトルの形状が前記基準材料の前記蛍光スペクトルの形状と相似であるか否かを判定する前記ステップが、前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルを選択された波長において正規化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルの下にある面積の差を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記面積差が指定された限界をこえていなければ、前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状は前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状に相似であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光学材料及び前記基準材料の前記蛍光スペクトルの選択された領域の下にある面積の差を求めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記面積差が指定された限界をこえていなければ、前記光学材料の前記蛍光スペクトルの前記形状は前記基準材料の前記蛍光スペクトルの前記形状に相似であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの青〜緑領域に対応することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの赤領域に対応することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記選択された領域が前記蛍光スペクトルの赤外領域に対応することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記光学材料の蛍光スペクトルを得る前記ステップが、前記光学材料の蛍光中心を励起するステップ及び前記光学材料から放射される前記蛍光の強度を測定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
蛍光中心を励起する前記ステップが前記光学材料にレーザビームを集束させるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記蛍光の検出光学軸が前記レーザビームの主光学軸に対してある角度に向けられていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記角度が０°より大きいが９０°よりは小さいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学材料及び前記基準材料が単結晶であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザビームの主光学軸が前記光学結晶の＜１１１＞結晶方位に合せられることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光学材料及び前記基準材料がフッ化物結晶であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学材料及び前記基準材料がＣａＦ２結晶であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学材料が、電磁放射を透過させる光学素子のためのプリフォームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記光学材料がレーザコンポーネントのためのプリフォームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザコンポーネントが、プリズム、ビーム拡大器、窓、レンズ及び出力カプラからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
光学結晶の品質を評価するための装置であって、
励起光を放射する光源と、
前記励起光を前記光学結晶に集束させる光学素子と、
前記分光計は前記光学結晶を透過した前記励起光の主光学軸に対してある角度に向けられた視線光学軸を有し、前記光学結晶から放射される蛍光を検出する分光計と、
前記分光計からの前記蛍光のデータを基準蛍光スペクトルと比較し、前記比較に基づいて前記光学結晶の品質を判定するプロセスを実行するプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記光源がエキシマーレーザであることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記角度が０°より大きいが９０°よりは小さいことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、２０００年１２月１１日に出願された、米国仮特許出願第６０／２５４,５９０号による優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には、赤外、可視及び紫外(ＵＶ)光を透過させる光学結晶に関する。特に、本発明は光学結晶の品質を評価するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロエレクトロニクスにおける動向はひたすら寸法縮小に向かっている。これは、同面積での素子充填密度が高まり続ける集積回路の開発を可能にする、微細パターンを転写できるリソグラフィ技法により可能になっている。リソグラフィにおける目覚ましい進歩は、向上したレンズ品質、大開口数化、改善されたレジストプロセス及びますます短くなる露光波長を含む、多方面における開発により可能となっている。現在、先進微細リソグラフィシステムは、波長が２４８ｎｍ(ＫｒＦレーザ)の深ＵＶ光を使用して０.２５μｍの最小線幅を転写する。１９３ｎｍ光(ＡｒＦレーザ)及び１５８ｎｍ光(Ｆ２レーザ)を使用する、新しい微細リソグラフィシステムが精力的にに開発されており、さらになお小さな線幅がつくられると期待されている。しかし、そのようなさらに短い波長に適するレンズ材料を見いだすには、困難な課題が課される。今のところ、高純度石英ガラス及びフッ化物結晶がＵＶ光透過に対して実際的な選択肢である。１５７ｎｍリソグラフィの開発には、石英ガラスの透過特性が１８０ｎｍより短波長ではかなり低下するため、フッ化物結晶が必要である。
【０００４】
フッ化物結晶に必要な性能は完全にはわかっていないが、それでも業界は適切に機能するコンポーネント及び材料を提供しなければならない。結晶材料の品質検査に用いられ得るいくつかの指標の内の１つは蛍光である。いくつかのレーザ製造業者は、フッ化物結晶、特にフッ化カルシウム結晶の個片が蛍光を発する態様を、製造業者のエキシマーレーザで結晶が振る舞う態様に関係付け得ることを見いだした。これらのレーザ製造業者の中には、業者のレーザに用いられる結晶材料は(３００ｎｍより短波長の)深ＵＶ光にさらしたときに可視蛍光を全く示してはならないことを仕様化した業者もある。結晶材料が蛍光を発すればレーザ性能がどのように影響されるかは明らかではない。しかし、明らかなことは、上記の波長の光に当てたときの結晶材料の内部加熱及び耐久性が、リソグラフィ用途に重要な因子であることである。例えば、結晶材料の加熱は材料の屈折率を変化させ、材料を透過するビームの波面に位相シフト誤差を与える結果となり得る。光リソグラフィシステムの位相誤差に対する許容度は、極めて僅かでしかない。
【０００５】
レーザビームの結晶材料通過による結晶の加熱には、いくつかの機構があり、蛍光に付随する機構はその内のいくつかでしかないことに注意すべきである。すなわち、目的は、蛍光を調べることにより全損失に関する判断を下すことではない。また、結晶の蛍光スペクトルと、レーザビームが結晶に送り込まれ続けている間のレーザ透過度の一定性との間に関係があるかは明白ではない。したがって、結晶の蛍光とレーザビームの存在において結晶の性能に実際に影響するものは何であってもそれとの間の因果関係を見いだすことは、未だに、測定された相関データに導かれる精力的な研究のテーマである。結晶材料の蛍光とレーザ性能との間の関係は明解ではないにもかかわらず、それでも、蛍光に基づく光学結晶の等級付けのための機構を有することは有用であろう。そのような等級付けは、リソグラフィ用途ないし、一般にはレーザ用途に対する光学結晶の適性の決定に用いられる因子の１つとすることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための方法に関する。本方法は、光学材料の蛍光スペクトルを得るステップ、目的用途に望ましい性能を有する基準材料の蛍光スペクトルを得るステップ及び光学材料のスペクトルの形状が基準材料のスペクトルの形状と相似であるか否かを判定するステップを含む。光学材料のスペクトル形状が基準材料のスペクトル形状と相似であれば、本方法は光学材料が目的用途に適することを表示するステップを含む。そうでなければ、本方法は光学材料が目的用途に不適であることを表示するステップを含む。
【０００７】
別の態様において、本発明は光学材料の品質を評価するための装置に関する。本装置は、励起光を放射する光源及び励起光を光学材料に集束させる複数の光学素子を備える。本装置はさらに、光学材料から放射される蛍光を検出する分光計を備える。分光計の視線光学軸は、光学材料を透過した励起光の主光学軸に対してある角度に向けられる。本装置はさらに、分光計からの蛍光データの基準蛍光スペクトルとの比較を行い、比較に基づいて光学材料の品質の判定を行う、プロセスを実行するプロセッサを備える。
【０００８】
本発明のその他の態様及び利点は、以下の説明及び特許請求項から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、光学結晶の品質を評価するための方法及び装置を提供する。本発明の方法及び装置により、結晶成長が完了した光学結晶をいくつかの光学等級の内の１つに級別することが可能になる。本装置は、光学結晶の蛍光スペクトルを得るため、及びその蛍光スペクトルを基準結晶の蛍光スペクトルと比較するための機構を備える。本明細書において、基準結晶は評価されるべき光学結晶と同じ組成を有し、選択された波長の電磁放射にさらされたときに所望の性能を有する。本方法により、一組の規準を定め、光学結晶の蛍光スペクトルの基準結晶の蛍光スペクトルとの相似度を判定するために用いることが可能になる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は“良品”結晶と見なされる；そうでなければ、光学結晶は“不良品”結晶と見なされる。光学結晶の蛍光スペクトルが基準結晶の蛍光スペクトルと実質的に相似であれば、光学結晶は基準結晶と同等の性能を示すであろうと想定されている。
【００１０】
ここで、本発明の様々な実施形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にしたがう、被験材料４の品質を評価するための、全体として参照数字２で指定される、装置の略図を示す。装置２は被験材料４の蛍光中心を励起する励起光８を発生する励起光源６及び被験材料４から放射される所望の波長(蛍光)を検出する蛍光検出器１０を備える。一実施形態において、被験材料４はフッ化物単結晶である。フッ化物単結晶の例にはＣａＦ２，ＳｒＦ２，ＢａＦ２及びＭｇＦ２があるが、これらには限定されない。全般的には、被験材料４は所望の動作波長、例えば３００ｎｍより短波長で透明な、いかなる結晶であってもさしつかえない。別の実施形態において、被験材料４は電磁放射を透過させるための光学素子、例えばリソグラフィレンズである。別の実施形態において、被験材料４は、ビーム拡大器、窓、レンズ、出力カプラまたはプリズム、例えば線幅制限プリズムのような、レーザコンポーネントである。別の実施形態において、被験材料４は、レーザコンポーネントまたは光学素子を作製するためのブランク(またはプリフォーム)である。そのようなブランクは、整形、研削、切削、劈開、仕上及び研磨のようなプロセスによりコンポーネントにつくられる。
【００１１】
図示された実施形態において、励起光源６は、波長１９３ｎｍで動作する、ランダム偏波ＡｒＦエキシマーレーザを備える。レーザ出力ビームはレーザパルス列からなり、それぞれのパルスはあらかじめ定められた、例えば公称３０ｎｓの長さを有する。しかし本発明は、励起光源６として、ランダム偏波ＡｒＦエキシマーレーザの使用に限定されない。一般に、励起光源６及びその動作波長の選択は、被験材料４の性質及び被験材料４の目的用途分野、すなわち被験材料の目的動作波長に依存するであろう。代替実施形態においては、２４８ｎｍ(ＫｒＦレーザ)または１５７ｎｍ(Ｆ２レーザ)のような光波長、あるいはその他の適切な光波長を用いることができる。さらに、レーザ出力ビームがパルス列からなることは必要条件ではない。例えば、連続波レーザを用いることができよう。検出システム１０がパルスを要求するのであれば、ビームチョッパ(図示せず)を用いて連続波レーザ出力からパルスをつくることができる。また、レーザがランダム偏波であることも必要条件ではない。例えば、レーザビームを直線偏光化し、試験に適するように偏光面を向けるために、半波長板のような偏光回転子を組み込むことにより、さらに的が絞られた情報を得ることができる。
【００１２】
ビームシャッター１２が励起光源６のビーム送出及び停止を制御する。励起光源６にエネルギーが与えられると、励起光すなわちレーザビームが可変矩形アパーチャ１４を通して投射される。可変矩形アパーチャ１４の目的はビーム縁のクリッピングである。レーザビーム８はビーム偏向器１６により向きを９０°変えられる。レーザビーム８は可変減衰器１８を通過する。可変減衰器１８の目的はレーザビーム８の強度を変えることである。レーザビーム８は結像レンズ２２を通してビーム偏向器２０上に投射される。ビーム偏向器２０はレーザビーム８の向きをさらに９０°変える。レーザビーム８は次いでレーザ偏光スクランブラ３０及び空間モードフィルタ３２を通過する。偏光スクランブラ３０はレーザビーム８を確実にランダム偏波化するが、これは本発明の原理の実施に対する必要条件ではない。空間モードフィルタ３２はレーザビーム８を所望の波長において平滑化する。フィルタリングされたレーザビーム８はレンズ３６によりピンホール３４内に投射され、次いで被験材料４上に結像される。
【００１３】
素子１４，１８，２２，３０，３２，３４及び３６の第一義的な目的は、被験材料４上に結像されるレーザビームを調節することである。光源６で発生されるレーザビームの品質次第で、これらの素子の１つまたはそれより多くあるいは全てを省略してもよい。さらに、光源６を被験材料４と一直線上に揃えて、ビーム偏向器１６，２０の必要を排除することができる。図示された実施形態においては、公称１ｍｍ径のコリメートされたビームが被験材料４を通って伝搬するが、径がより大きいかまたは小さいビームを被験材料を通して伝搬させることもできる。一実施形態において、励起レーザビーム８の主光学軸は被験材料４の＜１１１＞結晶方位に合せられる。被験材料４を透過した照射ビーム８は、レーザダンプ４４までそのまま進み続ける。
【００１４】
蛍光検出器１０は、１つまたはそれより多くのバッフル５０，結像系５２及び分光計(または分光写真器)５４を備える。バッフル５０は、分光計５４の視野を被験材料４の注目する領域に限定する。結像系５２は、被験材料４から放射された蛍光を分光計の入射ひとみ(図示せず)内に投射する。結像系５２は、結像レンズ、ズームレンズまたはその他のタイプのレンズとすることができる。
【００１５】
分光計５４は汎用分光計または蛍光分光計とすることができる。米国フロリダ州ダニーデン(Dunedin)のオーシャン・オプティックス社(Ocean Optics, Inc.)のＳ２０００シリーズ分光計が、本発明に使用することができる適切な分光計の例である。しかし、本発明は上記の特定のシリーズの分光計に限定されない。収集されるデータの分解能を向上させるため、蛍光検出器１０は、照射ビーム８が絶対に分光計５４に入ることができないように、位置合せされる。例えば、蛍光検出光学軸５６の向きはビーム８の主光学軸に対して角度αに定められ、ここで角度αは０°より大きい。角度αは、被験材料４がレーザビームに直接さらされている内部体積のほとんどを分光計５４の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることができるように選ばれることが好ましい。角度αは、被験材料の入射面及び出射面を分光計の入射ひとみ(図示せず)を通して見ることはできないように、選ばれることが好ましい。一般に、角度αは０°より大きく、９０°までの範囲とすることができる。以下でさらに説明されるように、システムの空間分解能は角度αが小さくなるとともに向上する。蛍光は一般に全方向に放射するから、図２に示されるように、蛍光検出器１０を被験材料４の入射面側にも配置し得ることに注意すべきである。
【００１６】
動作時、励起光源６からのレーザビーム８は、ピンホール３４を通して被験材料４に集束される。被験材料４を透過したビーム８はレーザダンプ４４に進入する。蛍光検出器１０は被験材料４からの蛍光を検出し、制御／収集インターフェース６２を介してコンピュータ６０に信号を送る。コンピュータ６０はデータを分析し、結果を表示する。そのような結果には、被験材料４の蛍光スペクトル及び被験材料４があらかじめ定められた規準を満たすか否かを表すデータを含めることができる。一実施形態において、コンピュータ６０(またはプロセッサ)は、被験材料４が特定の用途に適するか否かを判定するために、被験材料４の蛍光スペクトルを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行する。一実施形態において、米国テキサス州オースティン(Austin)のナショナル・インスツルメンツ(National Instruments)社から入手できる、ラブビュー(LabVIEW)という商品名で販売されているような、データ収集アプリケーションがコンピュータ６０上にロードされて、分光計５４から蛍光データを受け取り、この蛍光データを基準試料(図示せず)の蛍光スペクトルと比較するプロセスを実行するように設定される。
【００１７】
蛍光はレーザパルスが被験材料(図１及び２の４)を通過する毎に励起され、全蛍光波長が本質的に同時に励起されるから、分光計(図１及び２の５４)は、レーザパルス毎に、定められた増分波長幅(“チャネル”)で受け取られた全エネルギーを測定できるように設計されるべきである。多チャネル分光計は、例えばオーシャン・オプティックス社から、市販されている。コンピュータ６０により、各チャネルの信号が記録され、例えば完全なスペクトルとして表示される。さらに、いくつかのレーザパルスにかけて各チャネルの信号を積分することにより、信号対雑音比向上を達成することができる。そのような反復による信号対雑音比の向上は当業界で周知である。データ収集が行われるたびに実信号が足し合わされるので、反復収集による信号対雑音比の向上は可能であるが、不規則雑音は反復数の平方根(√ｎ)でしか増加しない。すなわち、総合信号対雑音比は収集回数の平方根にしたがって向上する(すなわち、Ｓ/Ｎはｎ/√ｎ＝√ｎに比例する)。
【００１８】
図１及び２を参照すれば、被験材料４からの蛍光は一般に全方向に放射するであろうが、必ずしも等方的ではないことを認識することにより、さらなる向上させることができる。蛍光検出視線光学軸が照射ビーム８の主光学軸に近接していれば、すなわち角度αが小さければ、装置２は、改善された蛍光スペクトル空間分解能が得られるであろう。蛍光検出視線光学軸が主光学軸に近接することで、視線方向に重なる、レーザビーム８で直接励起された一次蛍光を分光計５４が受け取る体積領域が大きくなる。対応して、照射ビーム８の外側領域においてレーザビームより長波長の一次蛍光光子により発生する、二次蛍光が制限される。要諦は、照射ビーム８の外側で二次蛍光だけを見れば、ビーム８で照射された領域内で発生する一次蛍光スペクトルと比較すると、分光計５４により表示される蛍光スペクトルは異なり得ることにある。
【００１９】
結晶構造擾乱が最小限になるように、被験材料４の入射面及び出射面が十分に光学研磨されていれば、さらなるスペクトル向上が達成できる。代表的には被験材料４の研削面のような、擾乱面に１９３ｎｍビームの一部でも触れると、フッ化カルシウム結晶に強い青〜緑色の蛍光が発生することを、本発明のシステムで実見することができる。したがって、角度αは、分光計５４に入る光が研磨された被験結晶面だけを介して届き得ることを保証するに十分に小さくすべきである。これにより、被験材料４の表面からの二次蛍光がさらに制限される。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態にしたがう被験材料(図１の４)の品質を評価するためのプロセスを示す。本プロセスは、例えば図１に示される装置を用いて、６４で表示されるように、被験材料(図１の４)の蛍光スペクトルを得るステップで始まる。次に、６６で示されるように、基準結晶の蛍光スペクトルが得られる。この基準結晶は他の全ての材料が比較されることになる良品試料と見なされる。基準結晶の趣意における“良品”とは、このスペクトルをもつ材料が目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途において、特性上優れた挙動を示すであろうことを意味する。簡便のため、被験材料(図１の４)の蛍光スペクトルは被験スペクトルと称し、基準結晶の蛍光スペクトルは基準スペクトルと称する。
【００２１】
６８で示されるように、基準スペクトル及び被験スペクトルが正規化される。正規化は、選ばれた波長において“基準ピーク”がスペクトル上で同じ値を有するように、一方のスペクトルまたは両方のスペクトルを比例拡縮することにより達成できる。“基準ピーク”は通常、基準結晶と被験材料との間で比較されている特性とは無関係なピークの中から選ばれるピークである。正規化されたスペクトルが相似であるか否かを判定するために、７０で示されるように、正規化されたスペクトルの形状が比較される。２つのスペクトルの間の相似の度合が一組のあらかじめ定められた規準により判定される。スペクトルの形状が相似であれば(７２で示される)、被験材料(図１の４)の挙動は基準試料と同等のはずである。この場合、被験材料(図１の４)は“良品”結晶とみなされ、目的用途に適する。スペクトルの形状が相似でなければ(７４で示される)、被験材料は“不良品”結晶と見なされる。
【００２２】
以下の実施例においては、基準スペクトルと被験スペクトルとの間の相似性を判定する目的のために４つの基準が定められる。基準試料は、目的用途、例えばリソグラフィステッパ及びレーザ用途に対して望ましい性能を有することが知られているＣａＦ２結晶である。表１に試験規準を要約して示す。全ての規準が満たされれば、被験材料は目的用途に適すると見なされる。基準のいずれかに不合格であれば、被験材料は選ばれた用途に不適であると見なされる。本プロセスは合格または不合格の度合の仕様を含めるように拡張することができる。この度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の１つに級別するために用いることができる。本方法の概念を無効にすることなく、より多いか、より少ないか、または異なる試験規準を定め得ることに注意すべきである。
【表１】
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【００２３】
以下の実施例は、説明の目的のために示され、本明細書で別に述べられていない限り、本発明の範囲を制限することは目的とされていない。
【００２４】
実施例１
図４は、基準スペクトルＲに重畳された被験スペクトルＴを示す。被験スペクトルＴは、１９３ｎｍレーザ光で照射されたＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルＲは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準ＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルＴ，Ｒは、ほぼ３３０ｎｍの基準ピークを用いて正規化されている。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で４,７８７である。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における基準スペクトルＲの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で４,３６９である。
【００２５】
規準Ａが満たされているか否かを判定するため、自己束縛励起子ピークのトレーリングエッジ、すなわち３３５ｎｍから４６０ｎｍまでの、線形状だけが比較される。さらに詳細な分析のため、上記ピークのリーディングエッジ及びトレーリングエッジの両者の線形状を比較することもできる。線形状は、３３５ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴと基準スペクトルＲとの間の面積(“差面積”)を計算することにより比較される。決定した差面積は正規化任意単位で３３０であり、これは表１で指定された既定の限界値５００より小さい。したがって、規準Ａは満たされている。被験結晶の等級付けの目的のため、あらかじめ定められた限界値に対する差面積の比で、基準スペクトルＲと被験スペクトルＴとの間の相似性の度合を表すことができる。
【００２６】
規準Ｂは青〜緑領域(約４６０ｎｍ〜５６５ｎｍ)における蛍光強度に関する。この蛍光強度は青〜緑領域における蛍光曲線下の面積を計算することにより決定される。この領域における蛍光強度に対する限界値は、任意単位で４９３に設定される。一般に、限界値は、[良品結晶のバッチによりあらかじめ定められた値]＋[所望のマージン]から導かれる。基準スペクトルＲに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で３５２であり、これは４９３の限界値より小さい。被験スペクトルＴに対し、青〜緑領域における面積は任意単位で３７４であり、これは４９３の限界値より小さい。したがって、規準Ｂは満たされている。
【００２７】
同様に、被験試料は、規準Ｃ(６２５〜７００ｎｍ領域における赤色蛍光)及び規準Ｄ(７００〜８５０ｎｍ領域における赤外蛍光)に合格である。これらの結果に基づけば、図４に示されるスペクトルＴを有する被験材料は良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に適する。様々な波長範囲に対してあらかじめ定められた限界値に対する蛍光強度の比で、被験結晶と基準試料との間の相似性の度合を表すことができる。この比は被験結晶の等級付けに用いることができる。表２に結果を要約して示す。
【表２】
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【００２８】
実施例２
図５は、基準スペクトルＲに重畳された被験スペクトルＴを示す。被験スペクトルＴは、１９３ｎｍレーザ光で照射されたＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルＲは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準ＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルＴ，Ｒは、ほぼ３３０ｎｍの基準ピークを用いて正規化されている。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で６,９８１である。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における基準スペクトルＲの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で４,３６９である。
【００２９】
規準Ａが満たされているか否かを判定するため、３３５ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴと基準スペクトルＲとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で５５４であり、これは表１に述べられた既定の限界値５００より大きい。差面積が既定の限界値より大きいから、規準Ａは満たされていない。この規準に不合格であるだけで、本実施例の被験材料を目的用途に不適であると宣告するに十分である。
【００３０】
規準Ｂは青〜緑領域(約４６０ｎｍ〜５６５ｎｍ)における蛍光強度に関する。基準スペクトルＲに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で３５２である。被験スペクトルＴに対し、青〜緑領域における蛍光強度は任意単位で９８０であり、これは任意単位で４９３の限界値よりかなり大きい。同じく、規準Ｂも満たされていない。同様に、被験試料は、規準Ｃ(６２５〜７００ｎｍ領域における赤色蛍光)及び規準Ｄ(７００〜８５０ｎｍ領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図５に示される被験スペクトルＴを有する被験材料は不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表３に結果を要約して示す。
【表３】
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【００３１】
実施例３
図６は、基準スペクトルＲに重畳された被験スペクトルＴを示す。被験スペクトルＴは、１９３ｎｍレーザ光で照射されたＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。基準スペクトルＲは、エキシマーレーザ用途において望ましい性能を有する基準ＣａＦ２結晶に対するスペクトルである。被験及び基準スペクトルＴ，Ｒは、ほぼ３３０ｎｍの基準ピークを用いて正規化されている。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴの下の面積(“被験面積”)は正規化任意単位で４,７２２である。３３５ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲における基準スペクトルＲの下の面積(“基準面積”)は正規化任意単位で４,３３７である。
【００３２】
規準Ａが満たされているか否かを判定するため、３３５ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲における被験スペクトルＴと基準スペクトルＲとの間の面積(“差面積”)が計算される。決定された差面積は正規化任意単位で−１,１９４であり、これの絶対値は表１に述べられた既定の限界値５００より大きい。負の値は、この領域で被験スペクトルＴが基準スペクトルＲの下にあることを示す。３３５ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲にかけての面積差に基づけば、この被験試料は規準Ａに不合格である。
【００３３】
規準Ｂは青〜緑領域(約４６０ｎｍ〜５６５ｎｍ)における蛍光強度に関する。この領域にお行ける基準スペクトルＲの下の面積は任意単位で３１９である。この領域における被験スペクトルＴの下の面積は任意単位で８３９であり、これは任意単位で４９３の限界値より大きい。すなわち、規準Ｂは満たされていない。同様に、この被験試料は、規準Ｃ(６２５〜７００ｎｍ領域における赤色蛍光)及び規準Ｄ(７００〜８５０ｎｍ領域における赤外蛍光)に不合格である。これらの結果に基づけば、図６に示されるスペクトルＴを有する被験材料は、不良品結晶であり、目的用途に、すなわちエキシマーレーザでの使用に不適である。表４に結果を要約して示す。
【表４】
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【００３４】
図４及び５に示される被験試料に関し、被験及び基準スペクトルＴ，Ｒの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状が実質的に同じであることに注意すべきである。図６に示される被験試料に対しては、被験及び基準スペクトルＴ，Ｒの自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の間にかなりの差がある。このことは、分析に自己束縛励起子ピークのリーディングエッジの線形状の比較を含める価値があり得ることを示しているように思われる。先に述べたように、規準は、どの結晶が良品または不良品であるかを蛍光分析の観点から判定するために、必要に応じて調整することができる。
【００３５】
本発明の別の実施形態において、蛍光の寿命を品質管理のための規準として用いることができる。パルスエキシマーレーザ光照射後、蛍光の強度は一般に指数関数的に減衰するであろう。特定のピークがいくつかの相異なる蛍光種の複合から生じていれば、この複合ピークの総合減衰はおそらく指数曲線から偏移するであろうし、見かけの寿命が変わるであろう。したがって、蛍光寿命は有用な規準になり得る。寿命の決定には、パルス入射ビームを用い、強い蛍光ピークを観察することが好ましい。しかし、先に述べたように、連続波レーザ及びビームチョッパを用いて、同様の“パルス”照射を与えることができる。ＣａＦ２結晶を用いる実施例においては、３５０〜４００ｎｍあたりの信号が寿命測定のための良い候補となり得る。これは、３５０〜４００ｎｍ領域においてスペクトル形状が変化し、この領域における蛍光の原因となる蛍光種が図４〜６に用いられた試料間で相当異なっていることを示唆しているからである。これらの相異なる蛍光種は、相異なる減衰曲線を有し、したがって相異なる寿命を有すると考えられる。
【００３６】
本発明は全般的な利点を提供する。図１で説明した装置２は被験材料の蛍光を測定することができる。図３で説明したプロセスを用いれば、被験材料の蛍光データを、被験材料が目的用途において基準結晶と同等の挙動を示すであろうか否かを判定するために分析することができる。基準結晶には、目的とする用途に対して望ましい性能を有し、被験材料と同じ組成を有する材料が選ばれる。被験材料及び基準結晶の蛍光スペクトルが相似であれば、被験材料は目的用途に対して基準材料と同等の挙動態様を示すと考えられる。基準材料と被験材料との間の相似の度合は、被験材料をいくつかの光学等級の内の１つに級別するために用いることができる。
【００３７】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の恩恵を有する当業者であれば、本明細書に開示されたような本発明の範囲を逸脱しない別の実施形態が案出され得ることを認めるであろう。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の蛍光を測定するための装置の略図である。
【図２】蛍光検出器が被験材料の入射面側に配置された、図１の装置を示す。
【図３】本発明の一実施形態にしたがう、光学材料の品質を評価するためのプロセスのフローチャートである。
【図４】良品ＣａＦ２結晶及び基準ＣａＦ２結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図５】不良品ＣａＦ２結晶及び基準ＣａＦ２結晶の蛍光スペクトルを示す。
【図６】不良品ＣａＦ２結晶及び基準ＣａＦ２結晶の蛍光スペクトルを示す。
【符号の説明】
【００３９】
２    評価装置
４    被験光学材料
６    励起光源
８    レーザビーム
１０    蛍光検出器
１２    ビームシャッター
１４    可変矩形アパーチャ
１６，２０    偏向器
１８    可変減衰器
２２    結像レンズ
３０    偏光スクランブラ
３２    空間モードフィルタ
３４    ピンホール
３６    レンズ
４４    レーザダンプ
５０    バッフル
５２    結像系
５４    分光計
５６    蛍光検出光学軸
６０    コンピュータ
６２    制御／収集インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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