(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系で用いられる光学部材であって、フッ素含有ホウ酸リチウムからなるガラス化物であることを特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記フッ素の含有量が１０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
【請求項３】
前記光学部材が、波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍのレーザ光を使用する光学系に用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学部材。
【請求項４】
前記光学部材が、フォトリソグラフィ用マスク、レーザ光の窓材、レンズ、プリズムの内のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学部材。
【請求項５】
少なくとも、酸化ホウ素と炭酸リチウムとフッ化リチウムを混合する工程と、前記混合物を１０００℃以上で溶融させる工程と、前記溶融物を６００℃まで急冷して固化させた後に、徐冷・アニール・冷却してフッ素含有ホウ酸リチウムガラスとする工程と、前記フッ素含有ホウ酸リチウムガラスをスライスして光学部材とする工程と、を含むことを特徴とする光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短波長領域における光透過性に優れた光学部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの高集積化に伴い、ＩＣ回路の微細化が必須の課題となってきている。半導体基板上に回路を形成する工程では、半導体ウエーハの上に露光原版（フォトマスク）を配置し、この露光原版に光を照射してこれを透過した光により回路パターンを転写すること、すなわちリソグラフィが行われている。そして、用いる光の波長を短くすることで回路パターンの微細化を達成してきた。
そして、近年の光の波長λが１５０〜２５０ｎｍの短波長領域で使用される光学部材としては、λ＝２００〜２５０ｎｍでは石英ガラス（シリカガラス）が、それ以下の波長１５０〜２００ｎｍではフッ化物系単結晶が利用されてきた。
【０００３】
石英ガラスの場合は、２００〜２５０ｎｍの波長領域であっても吸収が起こり、透過率が充分あるとは言えないし、波長が２００ｎｍより短くなると透過率が急激に低下すると共にガラスの劣化が起こり対応できなくなる。また、単結晶石英の場合は、この領域でも充分な透過率を有するが、光学異方性を持つため用途が限定されるといった問題がある。
【０００４】
一方、１５０〜２００ｎｍの領域では、２００ｎｍ以下の光の透過性に優れたＬｉＦ、ＭｇＦ2 、ＣａＦ2 等のフッ化物が利用されている。
しかし、これらフッ化物はガラス化が困難であり、単結晶としてしか利用できないが、これらフッ化物単結晶は化学的に不安定であり、機械的に硬度が小さく、傷つき易いといった欠点がある。また、欠陥の少ない良質な単結晶を得にくく、製造コストが嵩むといった問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、短波長領域において充分な光の透過率を有し、機械的、化学的に安定で、安価に製造できる光学部材を提供することを主目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に記載した発明は、光学系で用いられる光学部材であって、フッ素含有ホウ酸リチウムを主成分とするガラス化物から成ることを特徴とする光学部材である。
このように、フッ素含有ホウ酸リチウムを主成分とするガラス化物は、紫外領域の光の透過率に優れているため、紫外領域の光を透過する光学部材として有用なものとなる。また、機械的にも、化学的にも安定しており、ガラス化物も容易に製造できる。
【０００７】
そしてこの場合、本発明に記載したように、フッ素の含有量が１０重量％以下であることが好ましい。
フッ素の含有量が、１０重量％を超えると、光の透過率が次第に低下するようになるので、上記範囲内とするのが好ましい。
【０００８】
また、本発明に記載したように、フッ素は、フッ化リチウムを添加することにより含有されたものとすることができる。
このように、フッ素を添加する場合に、フッ化リチウムを使用すると、溶融塩として均一に所望量を添加することができるので、容易に安価に製造することができると共に、異元素による汚染のない高品質のフッ素含有ホウ酸リチウムとすることができる。
【０００９】
本発明に記載したように、前記光学部材が、波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍのレーザ光を使用する光学系に用いられることが好ましい。
このように波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍのレーザ光を使用する光学系に本発明の光学部材を適用すれば、その優れた透光性を最大限有効に利用することができる。
【００１０】
そして本発明に記載したように、前記光学部材が、リソグラフィ用フォトマスク、レーザ光の窓材、レンズ、プリズムの内のいずれかであるものとすることができる。
このようにフッ素含有ホウ酸リチウムを主成分とするガラス化物は、短波長領域１５０ｎｍ〜２００ｎｍの光をよく透過し、機械的特性等も優れているのでリソグラフィ用フォトマスク、レーザ光の窓材、レンズ、プリズム等として有効に活用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の光学部材は、フッ素含有ホウ酸リチウムを主成分としたガラス化物から成ることに特徴を有するものである。
フッ素含有ホウ酸リチウムは、光の波長λ＝１５０ｎｍ以上で良好な透過率を示す。そのため、Ｆ2 （λ＝１５８ｎｍ）、Ａｒ−Ｆ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（λ＝２４８ｎｍ）といった短波長エキシマレーザを光源とした光学系の光学部材として適している。
【００１２】
フッ素含有ホウ酸リチウムガラス化物（以下、フッ素含有ホウ酸リチウムガラスともいう）は、その原料であるホウ酸リチウムが、溶融状態では粘度が高く、急冷によるガラス化が極めて容易である。そして得られたフッ素含有ホウ酸リチウムガラスは、λ＝１５０ｎｍ以上で良好な透過率を示している。
また、前記フッ化物系単結晶例えばＭｇＦ2 から成る光学部材と異なり、透光性だけを狙った場合は、単結晶を育成する必要がなく、ガラス化物で充分間に合うため、容易に安価に製造することができる。
【００１３】
また、ホウ酸リチウムに対するフッ素添加量が１０重量％を超えるとガラス化が困難となり、透過率が低下するようになるので１０重量％以下とするのが好ましい。そしてより好ましい添加量は０．１〜８重量％、さらにより好ましくは１〜６重量％であり、例えばフッ素２．９重量％含有ガラスで、１５８ｎｍの透過率７１％、１９３ｎｍの透過率８９％と、ＭｇＦ2 の透光性に匹敵する性能が得られている。
【００１４】
このフッ素の添加には、フッ化リチウムを使用するのが良く、溶融塩として所望の濃度に容易に調製することができると共に異元素の混入がないので汚染のない高品質のフッ素含有ホウ酸リチウムガラスを製造することができる。
【００１５】
次に、フッ素含有ホウ酸リチウムから成る光学部材について説明する。
フッ素含有ホウ酸リチウムのモース硬度は約６で、ソーダガラスと同程度の硬度を有し、研磨加工工程における精度出しが容易である。そのため、次のような光学部材に加工するのに適している。
（１）リソグラフィ用フォトマスク、（２）レーザの射出口、その他空間的に分離する必要のある箇所で用いる窓材、（３）レンズおよびプリズム等である。
なお、フッ素含有ホウ酸リチウムは、酸に溶け易いので、加工に際しては、アルカリ性の研磨液を使用する方が望ましい。
【００１６】
続いて、このようなフッ素含有ホウ酸リチウムの製造方法の例について簡単に説明しておく。
フッ素含有ホウ酸リチウムガラスは、酸化ホウ素と炭酸リチウムを２：１のモル比で混合したものに、例えば、フッ化リチウムを２重量％（フッ素１．５重量％）混合したものを調製する。これを１０００℃にて溶融する。融液中の気泡が充分抜けるまで約一昼夜放置した後に、急冷して６００℃で固化させる。その後、さらに徐冷し、アニールして室温まで冷却してフッ素含有ガラス化物を得る。
【００１７】
また、原料融解工程において、酸化ホウ素と炭酸リチウムの混合物を約８００℃で焼成し、これとフッ化リチウムを１０００℃にて溶融することで、溶融時の発泡を抑えることが可能である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例と比較例とを挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）［フッ素含有ホウ酸リチウムガラス］
［フッ素含有ホウ酸リチウムガラスの製造］  酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）と炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）を２：１のモル比で混合したものを調整した。これを空気中で８００℃、１０時間の焼成を行った。得られた焼成体にフッ化リチウム（ＬｉＦ）を２重量％（フッ素１．５重量％）、４重量％（フッ素２．９重量％）、１０重量％（フッ素７．３重量％）、１５重量％（フッ素１１．０重量％）混合したものを白金ルツボに入れて、１０００℃にて溶融した。融液中の気泡が充分抜けるまで約一昼夜放置した後に、１０℃／ｍｉｎの冷却速度で６００℃まで冷却固化した。その後、６００℃から３００℃まで３０℃／ｈｒで徐冷した後に、３００℃で１０時間アニールし、その後、室温まで２４時間かけて冷却した。
【００１９】
［ガラスの加工］  このようにして得られたフッ素含有ホウ酸リチウムガラスを１ｍｍの厚さにスライスし、平面研削−ラップ−ポリッシュの工程により両面鏡面ウエーハを作製した。得られたウエーハの平坦度（ＬＴＶ）は、１μｍ以下であり、精密加工が精度よく可能であることが確認できた。加工性は、一般の光学ガラスと同程度であり、フォトリソグラフィ用マスク、レンズ、プリズム、窓材等への応用は、全く問題ないことが確認できた。
【００２０】
［ガラスの光学特性］  次に、上記のように加工したウエーハの、フッ素レーザ光（波長：１５８ｎｍ）およびＡｒ−Ｆレーザ光（波長：１９３ｎｍ）の透過率を測定した。測定結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
0004188504.tif 000002
【００２２】
（比較例１）［ホウ酸リチウムガラス］
［ホウ酸リチウムガラスの製造］  酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）と炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）を２：１のモル比で混合し、これを空気中で８００℃、１０時間の焼成を行った。この焼成体を白金ルツボに入れて、空気中１０００℃にて溶融した。融液中の気泡が充分抜けるまで約一昼夜放置した後に、１０℃／ｍｉｎの冷却速度で６００℃まで冷却固化した。その後、６００℃から３００℃まで３０℃／ｈｒで徐冷した後に、３００℃で１０時間アニールし、その後、室温まで２４時間かけて冷却した。
【００２３】
［ガラスの加工］  このようにして得られたホウ酸リチウムガラスを実施例１と同様にウエーハに加工し、その平坦度を測定し、加工性を評価した。その結果、ウエーハの平坦度は、１μｍ以下であり、精密加工が精度よく可能であり、加工性は、一般の光学ガラスと同程度であった。
【００２４】
［ガラスの光学特性］  実施例１と同様の方法で測定、評価し、測定、評価結果を表１に併記した。表１から明らかなように、λ＝２００ｎｍ以下の短波長では使用不可能である。
【００２５】
参考例としてＵＶ透過率に優れているＭｇＦ2 と、比較例２として現在一般的に使用されている石英ガラス（ＵＶグレード）の透光性能も評価して表１に併記した。ＭｇＦ2 と同程度の透光性能があれば、１５０〜２００ｎｍの波長領域での使用に充分耐え得るものと評価することができる。
【００２６】
表１から明らかなように、フッ素含有ホウ酸リチウムを主成分とした原料をガラス化した光学部材は、短波長領域での透光性能に優れ、Ｆ2 レーザ、Ａｒ−Ｆレーザを光源とした光学系に使用可能であることが確認できた。但し、フッ素が１０重量％を超えると短波長領域での透光性が低下するようになるので、上記範囲内とするのが好ましい。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００２８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、フッ素含有ホウ酸リチウムを主成分とするガラス化物から成る光学部材は、波長２００ｎｍ以下の光の透過率に優れているので、Ｆ2 レーザ、Ａｒ−Ｆレーザ等を光源とした光学系を高性能化することができる。また、フッ素含有ホウ酸リチウムはガラス化が容易であることから、高性能光学部材を低コストで提供することができる。