石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷（406）平成2年6月レーザーオリジナル石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷黒澤宏＊・瀧川靖雄＊＊・佐々木亘＊＊＊・奥田昌宏＊藤原閲夫†・吉田国雄†・加藤義章†・井上能英‡ （1990年1月29日受理） Vacuum Ultraviolet Laser Induced Damage in Silica Glass Kou KUROSAWA＊，Yasuo TAKIGAWA＊＊，Wataru SASAKI＊＊＊，Masa薮iro OKUDA＊， Ets琶o FUJIWARA†，Kunio YOSHIDA†，Yoshiaki KATO†and Yos舳ide INOUE‡ （ReceivedJanuary29，1990） An Ar（126nm）or a Kr（146nm）excimer laser，once used as a cavity reflector，has been found to cause serious surface（lamage−to silica glass．The（iamage was observed with an optical profi蓋e− meter an（l a selected−area X−ray photoelectron spectrometer．Transmission and reflectance spec− tra were also taken at the UVSOR facility．Si isolation in the surface layer is caused by Ar excim− er laser irra（liation，but not by Kr excimer laser irradiation．Excitons generate（i by Ar excimer laser photons via an e｛ficient one photon process are considered to play a fund．amental role in the Si isolation． Key words：Rare gas excimer laser，Laser damage，Silica glass，Reflectance spectra，Transmis− sion spectra，Photoelectron spctra，Exciton。複屈折を利用した波長板や補償板として有用で 1．はじめにある。この様な石英ガラスは，本質的にはその石英ガラスは，240nmから2μmの広い波長範囲にわたって90％以上の透過率を示すことか基礎吸収端の140nmまでの波長であれば吸収を示さないはずであるが，不純物，構造欠陥などら，可視から紫外の広い波長範囲におけるレンズやミラー，あるいはミラー基板材料として広により，240nm以下の波長域で，わずかではあるが吸収を示すようになる。最近，リソグラく使われている。また，その結晶である水晶はフィー，光化学反応，計測などへの応用が広ま＊大阪府立大学工学部電子工学科（〒591堺市百舌鳥梅町）＊＊大阪電気通信大学工学部電子物性工学科（〒572寝屋川市初町）＊＊＊宮崎大学工学部電気工学科（〒889−21宮崎市学園木花台西） †大阪大学レーザー核融合研究センター（〒565吹田市山田丘） ‡島津製作所第二科学計測事業部技術部（〒604 京都市中京区西の京桑原町）＊Department of Electronics，University of Osaka Prefecture（Sakai，Osaka591）＊＊Department of Solid State Electronics，Osaka Electro−Communication University（Neyagawa，Osaka572）＊＊＊Department ofElectrical Engineering，Miyazaki University（Miyazaki889−21） †lnstitute・fLaserEngineering，OsakaUniversity（Suita，Osaka565） ‡R／D Engineering Department，Scientific Equipment Division，Shimadzu Corporation（Kyoto604）一14一第18巻第6号レーザー研究（407）キシマレーザーおよびKrエキシマレーザーの光子エネルギーは石英のバンドギャップの上下っている紫外域高出力レーザーとして，KrF （248nm）やArF（193nm）などの希ガスハライドレーザー用ミラー，窓材としてだけでなく，ビにあり，しかもその出力エネルギーは数百 mJ／cm2（ピークパワーは数十MW／cm2）と非ーム伝送用の反射ミラーおよびステッパー用光常蕉強力である。したがって，これらのレーザーエキシマレーザーの開発が進んでいる。その際，学素子として広く用いられている石英ガラスのを石英に照射した際に生じる光損傷の様子を詳光損傷が注目を集め，光学素子の寿命に関連し細に調べることは，短波長光による石英の光損て，品質の向上とともに，損傷の機構解明に努傷機構を解明する上で重要な知見が得られるも力が払われている1−4）。のと思われる。石英ガラスのバンドギャップは大きく，した本論文は，石英ガラスをArエキシマレーザ」がって吸収波長域に適当な光源が無い。このたとKrエキシマレーザーの共振器反射鏡としてめ，これまでの照射効果に関する実験の多くは，用いた時に見られる照射損傷の観測結果についイオン化するに十分なエネルギーを持つ，電子線，X線，γ線などによって行われてきた。これらの電離放射線で形成される欠陥の代表的なてまとめたものである。観測には，表面トポグものとして，E’中心5’6），Non−BridgingOxygen ラフィー，シンクロトロン放射光を用いた反射率・透過率スペクトル，そしてX線光電子分光法を用いた。両エキシマレーザーの光子エネル HoleCenter（NBOHC）7’8），パーオキシラジカギーの差異に基づく結果の違いに注目して，損ル（02〉9’10）などがあり，それぞれの特性および傷機構について考察を行った。生成機構については，多くの議論が展開されて 2．レーザー照射条件おり，かなり解明されてきた。最近，石英ガラスにおけるこの種の欠陥が希希ガスエキシマレーザーに関しては，放電励ガスハライドエキシマレーザーの照射によって起方式は発振基礎実験が極く最近始められたところで，まだ開発段階にあり18），電子ビームも形成されることが報告されている。7．9eVの F2エキシマレーザー，6．4eVのArFエキシマレーザー，5．OeVのKrFエキシマレーザーではで励起する形式が最も一般的である16’17）。我々効率よくE’中心が形成されるのに反し，4．OeV ルス発生機と，ブルームライン型波形整形回路のXeClエキシマレーザーでは形成されない。を通して得られたピーク電圧700kV，全持続時さらに，E’中心の密度が入射レーザー光のパ問200nsの電圧パルスで電子を加速するものである。厚さ80μm，外径5mm，長さ80cmのステワーの2乗に比例して増加することから，これらの場合には，2光子吸収によって励起子が形成されることが，欠陥形成の基本であると報告されている11−13）。が用いた電子ビーム装置は，マルクス型電圧パンレス管を陽極に，そしてそれを同心円状にとりまくTa薄板を陰極にして，その間に電圧が印加される。励起長さは40cmである。陰極か石英ガラスのバンドギャップは9eVであ OUTPUT M匿RROR る14）。9eVを越えるエネルギーを持つArエキシ Wl紀DOW REFしECTOR マレーザー（126nm：9．8eV）では，最も効率冒よく欠陥が形成され，一方バンドギャップ以下 CATHODE ANODE一のエネルギーのKrエキシマレーザー（146nm l 8．5eV〉では欠陥の形成が起こりにくいことが RARE GAS INLET 不可能であったが，上述のように我々のArエ LASER OUTPUT 一 EXHAUST 一700kV 予想される。従来，このような実験は適当な光子エネルギーを持つ強力な光源が無かったため電團 Fig．1Electron laser．一15一 beam pumpe（l rare gas excimer （408〉石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷平成2年6月ら放出された電子が陽極管の中に充填された希て石英ガラス表面上の単位面積あたりのエネルガスを励起し，エキシマを生成する。充填されステンレス管の両端に置かれている。出力ビーギー，すなわちフルエンスとした。代表的な1 パルス当りのレーザー出力エネルギーは，Ar エキシマレーザーの場合は約10mJ，Krエキシマレーザーの場合は約25而であった。出力パルスの半値幅は約5nsで，出力パルスのピークる希ガスの圧力は，Arガスでは30∼40気圧，Kr ガスでは15∼25気圧であった。レーザー共振器鏡は，Fig．1に示すように，この陽極であるムを厚さ5mmのMgF2単結晶板圧力窓を通してパワーは2MWと5MWであった。さらに，これ真空中に取り出して，ジュールメータ（Gen Tec，らのエネルギーから計算した石英ガラス表面上 ED−200）でパルスエネルギーを，そして高速光電管（浜松ホトニクス，R−1328U−04）で波形のフルエンスは，Arエキシマレーザーの場合が125mJ／cm2で，Krエキシマレーザーの場合がを観測した。 300mJ／cm2であった。ちなみに，石英ガラスをこのレーザーの出力鏡として，厚さ5mmの MgF2単結晶板を用いた。この波長域における透過材料としては，他にLiFがあるが，LiFは容易に着色し透過率が低下すると予想されたの反射鏡として用いた時のArエキシマレーザーの最高出力は，22mJであり，また表面に損傷が見られた最低のエネルギーはほぼ5mJであっで，我々はもっぱらMgF2を用いた。圧力窓ならびに出力鏡として用いたMgF2板は同種のものであり，Arエキシマレーザーに対する透過ターは，波長が短くなると感度の低下があるが， 193nm以下の波長域における感度較正は行われ率は63％，反射率は8％，そしてKrエキシマレーた。したがって，レーザー出力エネルギーの絶ザーに対する透過率は70％，反射率は8％であっ対値は上記の値よりも幾分大きいと考えられ，た。一方，最もポピュラーな光学材料である石英ガラスを反射鏡に用いたところ，その表面にさらにArエキシマレーザーとKrエキシマレーザーのエネルギーの値を直接比較することはで直径5mmのビームパターン（損傷パターン）がきない。た。ただし，エネルギー計測用のジュールメーておらず，ここでは，可視域の較正感度を用い観察された。本報告は，この石英ガラスの表面 3．表面観察にできたビームパターンに関する観測結果とそレーザー開発の主目的の一つが高出力化にある 3．1表面状態ビームパターンは肉眼ではっきりみることがので，反射鏡として石英以外にも種々の材料をできるが，顕微鏡写真はコントラストが低く，テストしたが，本論文の主題と離れるので，他明瞭な像を撮ることができなかった。肉眼で見の報告にゆずる19−21）。える理由は，パターンの部分の表面が粗くなっところで，このレーザーの共振器内モードおていて，それによる散乱のためであると考えらよび空間分布は，正確には分かっていない。しかし，利得が10％cm−1以上と非常に高いうえ，れる。Fig．2は石英ガラスにおいて見られたビームパターンの一部を含む領域の表面凹凸平面一平面共振器を用いているので，陽極管のを，表面粗さ計（Wayko Co．，NCP−1000−type の生成機構に関するものである。なお，我々の直径5mmいっぱいに広がる多数の横モードで発 profilemeter）で観測した結果である。（a）には振していると考えている。したがって，反射鏡 Arエキシマレーザー照射によるビームパター表面上の照射エネルギー密度を見積るにあたっンを，そして（b）にはKrエキシマレーザーによて，簡単のため，ビーム径内の強度を均一と仮るものを示す。いずれの場合も，ビームパター定した。取り出した全ビームエネルギーの値を基に，圧力窓と出力鏡の透過率を考慮して，共ンの端に盛り上がった部分があることがわかる。これは，レーザー光が当たった部分が融け振器内エネルギー密度を計算し，その値をもった状態にあり，それが周辺に向かって膨張しよ一16一第18巻第6号（40◎）レーザー研究 RMS＝11．1nm P備V＝77．4論m PHOTON ENERGY（oV》 2015 109 8 7 6 承（100 a 1．0 四ロ 5 1 …… E50 誘 i… 0．5 3 2 E O 60 100 150 200 250 0 0．5 1．O 0 WAVEしENGTH《nml Fig．3Transmission spectra of a SiO2mirror taken by us圭ng synchrotron radiation of the DISTANCE（mm》 UVSOR facihty．Curve1，from unirradiated part；curve2，from a beam pattern induced by an Ar excimer laser；curve3，from a RMS＝13．1nm P−V＝85．9nm b beam pattern induced by a Kr excimer laser．射率の測定を行った22）。Fig．3に石英ガラスに 1．0 対する透過率スペクトルを示す。曲線1は未照射部分のスペクトルであり，この石英ガラスの光学的吸収端は7．5eVにあることがわかる。石 0．5 英ガラスのバンドギャップの9eVに比べて，著 0 0．5 1、O 0 しく低い。これは，欠陥や不純物，そして構造不整によってバンドギャップ内にできた欠陥準 DISTANCE（mm》 Fig。2Surface topograp短c images of a SiO2mirror taken with an optical interferometric pro． filemeter．In（a）iS inclu（le（i unirra（iiated part and a beam pattem in（iuced by an Ar excim− erlaserandin（b）unirradiatedpartanda beam pattem induced by a Kr excimer laser．位による吸収と考えられる。次に，Arエキシマレーザー照射部分とKrエキシマレーザー照射部分のスペクトルを曲線2と3に示す。エキシマレーザー照射によって，特に吸収端から 5eVの領域の透過率が大幅に減少していることがわかる。しかも，その低下の程度はArエキシマレーザー照射の場合の方がKrエキシマうとして，溶融していない固体の部分にぶつレーザー照射の場合に比べて甚だしいことがわかってしわとなって盛り上がったものと推測さかる。この透過率の低下は，一部は表面凹凸にれる。この盛り上がりは，レーザーの波長にはよる散乱に起因するが，大部分はレーザー照射依存せず，いずれの場合でも同様のことが起によってバンドギャップ内にエネルギー準位をこっていることがわかる。さらに，ビームパターもつ欠陥が形成され，それによる吸収と想像さンの内部は，レーザーが当たっていない部分にれる。しかし，これだけでは欠陥の種類を類推比べて，大幅に表面が粗くなっていることがわすることは出来ない。かる。石英ガラスの厚さが5mmであり，一方レーザー照射による変質層の厚さは高々100nmであ 3．2透過・反射スペクトルるので，透過率の測定では，変質層の種類を同分子科学研究所の極端紫外放射光施設定することが難しい。反射率スペクトルには損（UVSOR）におけるシンクロトロン放射光を用傷による変化がより顕著に現れることが期待さいて，可視から極端紫外域における透過率と反れる。Fig．4に反射率の測定結果を示す。石英一17一平成2年6月石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷（410）凹凸の増加による反射率の減少を示すことが予 PHOマON ENERGY｛eV》 109 8 7 6 20 20 15 訴想されたが，実際には反射率の増加を示すとい 5 う結果となった。しかもそのスペクトルは 2 6．5eV付近で最大反射率を持っている。一方，＞ト ≧ ←10 0田 1 四・ 3 一臨【 o 60 Krエキシマレーザー照射による変化は，予想通り，波長域全域にわたってわずかな減少となった。すなわち，反射率スペクトルはArエ璽00 150 200 キシマレーザー照射の場合にのみ大きく変化し 250 WAVEしENGTH（nm》たことになった。スペクトルを注意深く観察す by using synchrotron racliation of the ると，6．5eV付近にピークを持つ反射率スペクトルはSi単結晶のスペクトルやPhilippが報告し UVSOR facility．Curve1，from unirradiate（i ているSioのスペクトル23〉に良く似ているの part；curve2，from a beam pattem in（iuced で，SiとOの結合が切れて，SiやSioが析出した Fig．4Reflectance spectra of a S孟02mirror taken by an Ar excimer玉aser；curve3，from a beam pattern in（luce（l by a Kr excimer と思われる。これらの結合状態の変化を調べることは，損傷機構の解明に非常に重要と考えら laser．れる。ガラスには，特有の4つのピークが極端紫外域の反射率スペクトルに現れることが報告されている23）。実際我々の測定した石英ガラスの反射率スペクトルにも，Fig．4の曲線1に示すように，10．4eVはじめ高エネルギー側に4つのピークが見られた。これらのピークに起源につ 3．3光電子スペクトル結合状態の変化を調べるために，X線光電子分光法を用いて，レーザー照射した部分と照射しない部分とを区別して分析した。制限視野X 線光電子分析装置（島津製作所，ESCA400024））いては，まだ議論の対象となっている部分も残はこの目的の為に最適の機能を有しており，しされているが，一応Siとoの結合に起因するとされている23）。曲線2はArエキシマレーザーかも精密並進ステージを装着することによって，線上分析あるいは特定のエネルギーを持つ光電子スペクトル強度に対する二次元像を作成照射部分の測定値を示しているが，曲線1とは大きく異なるスペクトルとなっている。表面のすることが出来る。この装置では，励起用X線 C a 慧＝ 3 づお＞ト ω z四ト z 110 100 110 100 BINDING ENERGY《eV》 110 100 Fig．5 X−ray photoelectron spectra taken from unirradiated part of a SiO2mirror（a）・from a beam pattem induced by an Ar excimer laser（b），an（i from a beam pattem induced by aKrexcimerlaser（c）。一18一第18巻第6号（41王）レーザー研究（ここではMgKα：1253．8eVを用いた）を試料表面に一様に照射し，特別に設計した静電レンズ系を用いて，試料表面の微少部分から放出された光電子を効率よく集めることできるように設計されている。試料表面上での最小分析面積は直径0．2mmの部分である。Fig．5に，この装羅饗鵜置を用いて，未照射部分（a）とArエキシマレーザーで照射したビームパターン（b）とKrエキシマレーザーで照射したビームパターン（c）の各点一におけるXPSスペクトルを示す。いずれのスペクトルにおいても，103．4eVに主たるピークがあり，これはSio2の中のSi−2p準位に相当する。（a）図中（b〉のスペクトルには，この主ピークに加えて，これより4eV低エネルギー側にサブピークが見られる。この99eVピークは固体S沖の Si−2p準位に対応する。この結果から，Arエキシマレーザー照射部分にはバルクにSiが析出しており，一方Krエキシマレーザー照射部分には，結合状態の変化は無かった。同様に，0− ls準位のスペクトル強度を調べてみると，この Arエキシマレーザー照射部分では他の部分に比べて低くなっていた。従って，Arエキシマレーザー照射によって，酸素が抜けてバルクSi が巨視的な領域にわたって析出したことがわか（b）る。次に，Siの析出状況を分析するために，各エ Fig．6Two−dimensional images of the SiO2mirror ネルギー値の光電子の2次元分布像を作成し surface，including two beam pattems in− た。Fig．6（a／に，slo2のsi−2p準位に対応する duce（i by the Ar an（i Kr excimer lasers， 103．4eV光電子を用いて作成したものを示す。 taken with Si−2p emission of103．4eV∫rom SiO2（a）and with Si−2p emission of99eV 図では，明るい方が光電子が多く，暗い部分は from Si（b）．少ないことを示している。図中の左側の円形の黒い部分は，信号電子が放出されていないこと内に一様に存在していることがわかる。一方，を示しており，Arエキシマレーザー照射のビー（a）と（b）のいずれにも，図の右側にあるはずでムパターンにはSiO2が欠落していることがわかあるKrエキシマレーザーのビームパターンを示す像は得られなかった。すなわち，Krエキる。同図（b）には，バルクSiのSi−2pに対応する光電子を用いて測定した2次元像であり，さきほどのArエキシマレーザービームパターンの部分からのみ信号光電子が放出されており，それ以外の部分からは，このエネルギー値をもつシマレーザー照射によっては，Arエキシマレーザー照射によって生成されたようなSiは析出しないことがわかる。光電子は放出されていないことがわかる。さらに，Siの析出状況を見ると，ビームパターン一19一 4、考察光学素子のレーザー誘起損傷はレーザーの発（412）石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷平成2年6月達とともに広く研究されてきた。損傷を起こす’ ザー照射後の石英ガラスの表面状態を見ると，機構としては，個々の物質について種々のモデ ArエキシマレーザーとKrエキシマレーザーのルが提唱されているが，その中で物質によらず基本的なものとして，熱効果と電子効果がある。場合で大差ない。しかも透過率（Fig．3，曲線1）熱効果は，吸収係数の大きな金属や吸収領域ににあり，ここで用いた石英ガラスに関する限りの測定結果から見ると，146nmでも完全吸収域ある物質において顕著である。石英ガラスのでは，Krエキシマレーザーに対する吸収係数 126nmにおける吸収係数（1．9×105cm−115）〉かは，上記の値より大きな値であると予想される。ら計算した侵入深さは52nmであり，125mJ／cm2 その結果，いずれのレーザーを照射した場合でのフルエンスのうち表面で反射された残りがこも，石英ガラス反射鏡の表面は融点を越えていの薄い表面層に吸収されると，表面温度が上昇るものと考えられ，石英の表面層が一度溶融状する。石英ガラスの126nmにおける反射率は 14％であり，表面粗さによるわずかな散乱損失態になったことが結論できる。一方，電子効果は誘電体における絶縁破壊にを無視すれば，86％が吸収される。熱の流れと似た現象で，伝導帯に励起された電子が外部電してはガス中への熱伝導と輻射および石英ガラス内部への熱伝導が考えられる。主たる熱流は，界によって加速され，電子なだれが起こる結果，損傷となるものと考えられている25’26〉。電子石英ガラス中への熱伝導だけであるので，これ効果に関しては，もう一つの損傷発生機構が考だけを考えることにする。ビーム径が5mmであるのに比べて，レーザー光の侵入深さは52nm であるので，表面に平行な方向への熱流は，垂えられている。すなわち，価電子帯から伝導帯に直接電子が励起され，励起子を形成すること直方向へのものに比べて無視できる。さらに，によってある種の欠陥が作られることが，石英ガラスなどの物質において見い出されている27 簡単にするために，レーザー出力パルスの半値 ∼29）。この場合には，バンドギャップエネルギー幅に相当する時問幅をもつ矩形パルスが入力しと光子エネルギーの大小関係が欠陥生成効率とたと仮定する。このような簡単なモデルに対して，熱拡散方程式を解き，125mJ／cm2のフル密接に関係する。前述したように，ArFやKrF エキシマレーザーを照射することによって石英エンスにおける石英ガラス表面の温度上昇を計ガラス中にE’中心が形成されること，およびこ算すると，10，000℃となった。これは石英ガラの過程には2光子吸収によって起こることが報スの融点1720℃をはるかに越えており，明らか告されている12’13）。に表面は溶融状態にあるものと考えることが出 Arエキシマレーザー照射の場合にだけ，Si 来る。一方，Krエキシマレーザー照射の場合の遊離が見られたことから，本論文で観測されには，この波長における石英ガラスの吸収係数た石英中のSi析出機構としては，単なる熱効果は，文献15）によれば4．7×103cm−1と極めて小さだけではなく，電子効果が働いた結果であるとい値を示すはずである。この値をそのまま用い考えられる。Arエキシマレーザーのエネルギーれば，Krエキシマレーザーの場合には， 300mJ／cm2のフルエンスに対する表面温度はが石英ガラスのバンドギャップエネルギーの 9eVを丁度越えたところにあり，一方Krエキシ 800℃となる。しかしながら，吸収波長域におマレーザーのエネルギーはバンドギャップエネける石英ガラスの吸収係数の値は文献によって大きく異なる30）。これは，石英ガラスの製造ルギーよりわずかに小さい。すなわち，価電子帯から直接伝導帯への電子励起，いいかえると内に多数の電子準位を作り，この密度が製造方励起子の生成がS卜o結合の切断とそれによる Si遊離に最も重要な役割を果たしていることを法や条件によって大きく左右されるとして理解示唆している。Arエキシマレーザーでは1光できる。ところで，我々の実験において，レー子過程によって効率よく価電子帯から伝導帯に時に入った不純物や構造欠陥がバンドギャップ一20一第18巻第6号レーザー研究（413）電子が励起され，その結果Si遊離が起こったも果バルクSiの析出がみられたことについて述べのと考えられる。た。また，このSiの析出が，励起子の形成に深レーザー光に含まれる光子数を計算すると，く関係しているとの考えに達した。石英ガラス Arエキシマレーザーで125mJ／cm2のフルエン表面は明らかに溶融状態にあったことも分かっスには，7．5×1016個の光子が含まれている。ており，Si析出が，電子励起が単独で働いた結石英ガラスの吸収係数から算出したArエキシマレーザー光の侵入深さは52nmとなり，この微小体積中で全レーザー光が吸収されると仮定果生じたものであるか，または溶融状態の共存すると，∼1022光子／cm3の高密度となる。Krエプロセッシングの立場から見ると，Sio2膜上にキシマレーザーの場合でも，2．2×1017個の光 Siを光によって生成することが出来，新しい半導体プロセッシングとして非常に興味深い。ま子が2．1μmの深さの領域に集中し，∼1021光子が必要なのかは，ここでは明らかにならなかった。一方，Si析出の現象を，観点を変えて物質／cm3の高密度となる。いずれの場合でも，電子励起の量子効率を1と仮定すると，1021∼ た，もし電子励起が効率良く起こることによっ 1022個／cm3の高密度の電子が励起されることにれば，レーザーやシンクロトロン放射光におけなり，結合が弱くなって脱離や欠陥が生じても良さそうである31）。ところが，Arエキシマレーる石英ガラスの使用には問題があることになるザーの場合にだけSiの遊離が見られていたことや太陽電池の光劣化の機構にも関与する可能性て，ここで述べたような光分解が生じるのであし，さらに半導体，特に半導体レーザーの劣化は，このような高密度の電子励起のみではSiのがあり，さらに詳細な研究を行ってSi析出の機遊離は生じないと考えるべきであろう。構を明らかにすることが重要である。以上の観測結果から，石英ガラス鏡をArエキシマレーザー用共振器反射鏡として用いた時，表面溶融と励起子形成に伴うSi析出が同時に生じたことがわかる。レーザー共振器鏡としての特性は，反射率を見る限りにおいては，表面粗さの増加にもかかわらず，損傷を受けた結参考文献 1）G．C．Escher：SPIE Proc．998 （1988）30． 2）M．Dum，JJ．Nemechek an（i C、T、Tienvieri：Las− ers and Optronics，April1989，p．59． 3） G．H．Sige1．Jr。l J．Non−Crsyt．Soli（is，i3 （ま973）果増加していた。しかしながら，酸素原子ないしは分子の放出はレーザー光の吸収を意昧し， 372．したがって，共振器反射鏡として石英ガラスを（1984）481．用いた時には，共振器損失の増大となる。この現象は，希ガスエキシマレーザーにおいて一般的に見られる，パルスショートニング32〉，すなわち励起が続いているにもかかわらず，レーザーパルスは極めて短時間の内に終了してしまう現象の一因となっているものと思われる。しかしながら，この現象については本論文の範囲から離れるので，別に報告する。 4）D．L．Griscom：SPIE Proc．，541 （1985）38． 5）D．L．Griscom：Nucl．Instrum．and Metho（is B1 6）FJ．Feigl，W．B．Fowler and K．L．Yip：Solid State Commun．14 （1974）225． 7）A。R．Silin an（l L．N．Skula：Phys．Stat．SoL（a）70 （1982）43． 8）M．Stapelbroek，et a1．：J，Non−Cryst．Solids32 （1979）313． 9） EJ．Friebele，et al．：Phys．Rev．Lett．42 （1979） 1346． 10）A．H。Edwards and W．B．Fowler：Phys．Rev。B26 （1981）6649． 11）」．H．Stathis and M．A，Kastner：Phys．Rev．B29 5．おわりに（1984）7079． 12）T．E．Tsai，D．L．Griscom and EJ．Friebele：Phys．本論文では，石英ガラスにバンドギャップを越えたエネルギーを持つArエキシマレーザー照射によって，S卜o結合が切断され，その結 Rev．Lett．61 （1988） 444． 13）K．Arai，H．lmai，H．Hosono，Y．Abe and H．lmaga− wa：AppL Phys．Lett．53 （1988）1891．一21一（414）平成2年6月石英ガラスにおける真空紫外レーザー照射損傷 14） T．H，Distefano and D．E．Eastman l Solid State Commun。9 （1971）2259． 24）山口道生，後藤宝裕，三田村茂宏，加藤勲，服部健，清水治二，．梶川鉄夫，長曽哲夫：島津 15） H．R．Phil玉pp：in‘丑α％4わoo彦（ゾ0，あoα1Cos渉α物孟εげ科学計測ジャーナル，1（1989）62． So磁s” （ed．byF E．D。Palik，Academic Press， 25）R．Kelly：SurfaceScience，90（1979）280． Orlan（lo，1985）p．749． 26）」．E．Rothenberg and R．Ke至ly：Nucl．Instrum． 16）佐々木亘，黒澤宏：レーザー研究，16 and Methods，B1（1984）291． 27）伊藤憲昭，谷村克己，伊東千尋：固体物理，2盆（1988）200． 17）W．Sasaki，K．Kurosawa，P．R．Heman，K．Yoshida （1987）1000． and Y．Kato ：in “Shloア‘ 四α泥」飢8渉h、Co肋兜窺 28）N．Itoh an（i T．Nakayama：Nucl．Instrum．an（i 1∼α4づα瓦o％：Gθπ67α瓦（）π α冗4 ／1ρ1）瓦oαあ（罵s”，（e（1．by R．W．Falcone and J．Kirz，Optical Society of Methods，B13（1986）550． 29） N．ltoh：Nucl．Instrum．and Methods，B27 America，Washington，D．C。，1988）p．184．（1987）155． 18）T．Efthimiopoulos，B．P．Stoicheff and R．1．Thomp− 30）工藤恵栄：基礎物性図表（共立出版，1972） s・n：Opt．Lett．14（1989）624． p．283． 19）瀧川靖雄，黒澤宏，佐々木亘，藤原閲夫，吉田国雄，加藤義章：レーザー研究（投稿予本文献によれば，126nmにおける石英ガラスの吸収係数α＝1．1×106cm4，146nmではα＝ 2．1×105cm冊1である。我々が用いた石英ガラスはどちらの値を持つ石英ガラスであるのか不明である。本論文では，表面温度と光子密度の過大評価を避けるため，小さい吸収係数（文献15）を採用した。 31） J．A．Van Vechten：Solid State Commun．39 定）． 20）K．Kurosawa，Y．Takigawa，W．Sasaki，M．Okuda， E．Fujiwara，K．Yoshida and Y．Kato：Rev．Scient． Instrum．61 （1990）no．2． 21）K．Kurosawa，W．Sasaki，Y．Takigawa，M．O− ku（la， E．Fu3iwara， K．Yoshid灸and Y．Kato： IEEEJ．Quantum．Electron．（to be submitted）． 22）この研究は分子科学研究所との共同研究として行われたものであり，ご協力下さった極端（1981）867． 32）紫外光施設の皆様に感謝致します。 K．Kurosawa， W．Sasaki，E．Fuliwara and Y．Kato： 1EEE （1988）1908． 23）H．R．Philipp：」．Phys．Chem Soli（is，32（1971） 1935．一22一 J． Quantum Electron． 24