シリカガラス接合面付近のoh濃度分布 測定ビーム...
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シリカガラス接合面付近のOH濃度分布
―測定ビーム集光効果の解析―
分子科学講座
06380263
榊原 伸哉
シリカガラス
シリカガラス
非晶質のSiO2
SiO4正四面体
→ 網目構造
シリカ
岩石の主要構成成分
地殻の約５５％
シリカ結晶の例・・・石英(水晶)
石英 シリカガラス
Si
O
O O
O
シリカガラスの特徴・用途
1. 高純度 （金属不純物 <数10 ppb～数10 ppm）
⇒ 半導体製造関係
2. 熱的安定性 （高耐熱性、低熱膨張）
⇒ 半導体製造関係、フォトマスク
3. 優れた光学特性 （真空紫外～近赤外まで高透過率）
⇒ 光ファイバー、紫外線用光学材料
４． 化学的耐久性に優れている
シリカガラスの分類
液相
LPD 法
ゾル・ゲル法
溶融I型(電気溶融)
II型(火炎溶融)
合成
気相
III型(直接法)・・・ES (OH多)
IV型(プラズマ法)
スート法・・・ED（OH少）
シリカガラス
本研究で使用
研究の目的
接合界面でOH拡散?
(目的)
集光の効果を比較
→ OHの拡散の有無の検証
測定ビーム集光効果?
-0.2 -0.1 0 0.1 0.20
0.5
1
(c -
cm
in)/
(cm
ax
- c m
in)
Position / mm
20 min
ES + HRPES + NPNP + HRP
シリカガラスの接合
表面研磨した２枚のシリカガラスを接触 加熱
sinnNA
N．Kuzuu et al. J. Ceram. Soc. Japan,
117, 211 (2009)
OH(少)
ビーム集光
しぼりしぼり
OH(多)ｈ
θ
２/D
1150°,30分間
実験装置
顕微赤外分光光度計（顕微FT-IR）
しぼりの直径 (D) (mm)
8.5
10.0
13.0
しぼり
実験方法
接合界面付近のOH濃度測定
OH濃度分布をプロット
OH拡散のない場合の理論式と比較
ES・・・直接法ED・・・スート法
サンプル ES ED-B ED-C ED-H
製造方法 Ⅲ型(直接法) スート法 スート法 スート法
OH (ppm) 1000 ～ 1500 < 10 < 5 < 80
測定する組合わせ
ES + ED-B
ES + ED-C
ES + ED-H
ED ES
OH濃度の算出方法ランベルト・ベールの法則
2000 3000 4000-1
0
1
2
Wavenumber (cm-1
)
Abso
rbance
3400 3500 3600 3700 38000
1
2
Wavenumber (cm-1
)
Abso
rbance
ctII 100
tca cm/moldm5.77 3
mm5.0t
I
Ia 0
10log
Absorbance:a
t
II
t
ac
0log試料
0I I
NA (Numerical Aperture)
D : アパーチャーの直径
ｈ : しぼりとステージとの距離
sinnNA
D (mm) (13.0 ) 9.8 8.5
NAの値 0.45* 0.36 0.31
D/2
h
h
D
2tan
NA ・・・装置固有の値ガラス内でも適用できる
mm2.09.12 h
＊装置固有の値
実験結果
-200 -100 0 100 2000
200
400
600
800
1000
Position/mm
OH
co
nte
nt/
pp
m
ES+ED-B ○・・・ NA=0.53△・・・ NA=0.37□・・・ NA=0.31
-0.1 0 0.10
200
400
600
800
1000
Position/mm
OH
co
nte
nt/
pp
m
ES+ED-B
NA = 0.45NA = 0.36NA = 0.31
-0.1 0 0.10
500
1000
1500
Position/mm
OH
conte
nt/
ppm
ES+ED-C
NA = 0.45NA = 0.36NA = 0.31
-0.1 0 0.10
500
1000
1500
Position/mm
OH
conte
nt/
ppm
ES+ED-H
NA = 0.45NA = 0.36NA = 0.31
接合界面周辺でのビーム集光による見かけのOH濃度分布
)3(3
1 2
a
xfDaxV
)1(),()( x
x
dxSxV
)2(),(22
22
a
xd
a
DDxS
OH濃度分布
0if/
0if/1)/(
minmax
minOH
xaxf
xaxf
CC
CaxC
C
x
Cmin
Cmax
接合界面 ・・・(5)
)4()11
ln(1
12
1arcsin1
)(2
322
f
x
)(xV
x
y
z
0 a
P
QRS
解析的に計算
理論曲線と実験データの比較
-0.2 -0.1 0 0.1 0.20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Position / mm
(C-C
min
)/(C
max
-Cm
in) NA = 0.45
ES+ED-BES+ED-CES+ED-H
-0.2 -0.1 0 0.1 0.20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Position / mm
(C-C
min
)/(C
max
-Cm
in) NA = 0.36
ES+ED-BES+ED-CES+ED-H
-0.2 -0.1 0 0.1 0.20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Position / mm
(C-C
min
)/(C
max
-Cm
in) NA = 0.31
ES+ED-BES+ED-CES+ED-H
-0.2 -0.1 0 0.1 0.20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
(C-C
min
)/(C
max
-Cm
in)
Position / mm
NA = 0.45 NA = 0.36 NA = 0.31
まとめNA(しぼり)を変化
OH分布の変化少
理論曲線との比較
NA = 0.45
ほとんど一致
NA = 0.36 , NA = 0.31
理論曲線よりもなめらかに変化
OHが拡散