DE10345895B4

DE10345895B4 - Verfahren zur Herstellung eines durch einen Fluoridkristall gebildeten optischen Elements

Info

Publication number: DE10345895B4
Application number: DE10345895.6A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Sakuma; Kenichi Muramatsu; Kazuhiro Kido
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: US20040237880A1; DE10345895A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall, mit: einem Wachstumsschritt (601) des Wachstums eines Blockes aus einem Fluoridkristall, einem Ausschneidschritt (604) des Ausschneidens eines zylindrischen Basismaterials mit zwei parallelen Flächen, die eine bestimmte Orientierung der Kristallebenen haben, aus dem Block, weiter gekennzeichnet durch: einen Orientierungsbestimmungsschritt (606) der Bestimmung einer Kristallorientierung an einer seitlichen Oberfläche des zylindrischen Basismaterials; einen Doppelbrechungs-Meßschritt (606) der Messung der Doppelbrechung in einer spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche, die auf der Grundlage der in dem Orientierungsbestimmungsschritt bestimmten Kristallorientierung bestimmt wurde, und einen Bewertungsschritt der Bewertung des Fluoridkristalls auf der Grundlage des Resultats der Messung der Doppelbrechung.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements zur Bildung eines optischen Systems in einem optischen Gerät wie etwa einer Kamera, einem Mikroskop oder einem Teleskop und einem fotolithograhischen Gerät wie etwa einem Stepper.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In den letzten Jahren sind in der lithographischen Technik für die Abbildung von integrierten Schaltungsmustern auf Wafer schnelle Fortschritte gemacht worden. Es gibt einen ständig wachsenden Bedarf an höherer Integration von integrierten Schaltungen, und um die höhere Integration zu erreichen, ist es notwendig, die Auflösung eines optischen Projektionssystems eines Projektionsbelichtungsgerätes zu steigern. Die Auflösung einer Projektionslinse wird bestimmt durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts und die numerische Apertur (NA) der Projektionslinse. Um die Auflösung zu steigern, genügt es, wenn die Wellenlänge des verwendeten Lichts kürzer und die NA der Projektionslinse größer gemacht wird (größere Apertur).
Zunächst wird die Tendenz zu kürzerer Wellenlänge des Lichts beschrieben werden. Hinsichtlich der Wellenlängen von Lichtquellen, die in Projektionsbelichtungsgeräten verwendet werden, vollzieht sich die Tendenz zu kürzeren Wellenlängen von der g-Linie (Wellenlänge: 436 nm) zur i-Linie (Wellenlänge: 365 nm) und weiter von KrF-Excimerlaserlicht (Wellenlänge: 248 nm) zu ArF-Excimerlaserlicht (Wellenlänge 193 nm). Wenn in der Zukunft F2-Laserlicht (Wellenlänge: 157 nm) oder dergleichen verwendet wird, dessen Wellenlänge noch kürzer ist, so ist es nicht mehr möglich, allgemeine optische Gläser als Linsenmaterial für ein bildgebendes optisches System, etwa ein optisches Projektionssystem zu verwenden, da die Abnahme der Durchlässigkeit ein Problem darstellt. Aus diesem Grund wird es bei dem optischen System eines F₂-Laser-Steppers als gängig angesehen, einen Fluoridkristall, z. B. Kalziumfluorid (Flußspat) als optisches Element zu verwenden.
Als nächstes wird die Tendenz zu gröberer Apertur beschrieben werden. Um die optischen Eigenschaften als optisches Element zum Gebrauch im optischen System des KrF-, ArF-Excimerlaser-Steppers oder des F₂-Laser-Steppers zu erfüllen, nimmt man an, daß das Kristallmaterial vorzugsweise ein Einkristall ist.
Außerdem ist im Zusammenhang mit der Tendenz zu der hohen Leistung des Projektionsbelichtungsgerätes in letzter Zeit ein Kalziumfluorid-Einkristall mit einem großen Durchmesser von etwa 100 mm bis etwa 350 mm notwendig geworden. Wegen seines im Vergleich zu allgemeinen optischen Gläsern geringen Brechnungsindex und seiner kleinen Dispersion (Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex) ist ein solcher Kalziumfluorid-(Flussspat-)Einkristall sehr effektiv, weil die chromatische Apparation korrigiert werden kann, wenn er zusammen mit einem aus einem anderen Material gebildeten optischen Element verwendet wird. Außerdem ist der Kalziumfluorid-(Flussspat-)Einkristall im Vergleich zu anderem Kristallmaterial (Bariumfluorid) problemlos am Markt verfügbar, und es sind Einkristalle mit großen Durchmessern von 100 mm oder mehr erhältlich.
Die Kalziumfluorid-Einkristalle, die diese Vorteile aufweisen, sind herkömmlich nicht nur als ein optisches Material für Stepper, sondern auch als ein Linsenmaterial für Kameras, Mikroskope und Teleskope verwendet worden. Daneben haben andere Fluorid-Einkristalle als der Kalziumfluorid-Einkristall, nämlich Einkristalle aus Bariumfluorid und Strontiumfluorid, in letzter Zeit Aufmerksamkeit als ein optisches Material einer nächsten Generation auf sich gezogen, im Hinblick auf die Tatsache, daß diese Einkristalle zu demselben isometrischen System gehören und ihre Eigenschaften ähnlich sind.
Für die Fluorid-Einkristalle sind Einkristall-Wachstumsverfahren bekannt, einschließlich Schmelzverfahren wie etwa das Bridgman-Verfahren (Stockbarger- oder Absenkungsverfahren) und das Tammann-Verfahren.
Ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Kalziumfluorid-Einkristalls nach dem Bridgman-Verfahren ist nachstehend dargestellt.
Im Fall des Kalziumfluorid-Einkristalls, der in den Bereichen von Ultraviolett bis Vakuum-Ultraviolett verwendet wird, wird als Material kein natürlicher Flussspat benutzt, sondern es wird allgemein ein hochreines Material verwendet, das durch chemische Synthese hergestellt wird.
Das Material kann in Pulverform verwendet werden, in welchem Fall die Volumenabnahme stark ist, wenn es geschmolzen wird, so daß allgemein ein halbgeschmolzenes Produkt oder ein pulverisiertes Produkt hieraus verwendet wird. Zunächst wird ein mit dem Material gefüllter Tiegel in ein Wachstumsgerät eingesetzt, und das Innere des Wachstumsgerätes wird in einer Vakuumatmosphäre von 10^–3 bis 10^–4 Pa gehalten. Dann wird die Temperatur in dem Wachstumsgerät auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes von Kalziumfluorid (1370°C bis 1450°C) erhöht, um das Material zu schmelzen. Dabei wird eine Regelung auf der Grundlage konstanter Leistungsabgabe oder eine hochpräzise PID-Regelung ausgeführt, um zeitliche Änderungen der Temperatur in dem Wachstumsgerät zu unterdrücken.
Im Stadium des Kristallwachstums wird der Tiegel mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 bis etwa 5 mm/h abgesenkt, so daß das Material ausgehend von einem unteren Bereich in dem Tiegel allmählich kristallisieren kann. Wenn Kristallisation bis zu einem obersten Bereich der Schmelze eingetreten ist, ist das Kristallwachstum abgeschlossen, und es wird unter Vermeidung von Einschnürung (Quenching) ein einfaches Glühen ausgeführt, so daß der gewachsene Kristall (Block) nicht bricht. Wenn die Temperatur in dem Wachstumsgerät auf ungefähr Zimmertemperatur abgenommen hat, wird das Gerät zur Atmosphäre geöffnet, und der Block wird entnommen.
Bei diesem Kristallwachstum wird normalerweise ein aus Graphit hergestellter Tiegel verwendet. Hinsichtlich seiner Form ist der Graphit-Tiegel ein griffelartiger Tiegel, dessen Spitzenbereich konisch ist und dessen übriger Bereich zylindrisch ist. Indem man den Kristall von der Griffelspitze aus wachsen läßt, die sich am unteren Ende des Tiegels befindet, erhält man einen kristallisierten Block. Außerdem ist es üblich, in den Spitzenbereich einen Keimkristall einzusetzen, um die Orientierung der Kristallebene des Blockes in gewissem Ausmaß zu steuern, doch wenn der Durchmesser des Blockes 100 mm übersteigt, wird die Kontrolle der Orientierung äußerst schwierig.
Es wird angenommen, daß der nach dem Bridgman-Verfahren hergestellte Fluoridkristall im wesentlichen keine Vorzugsrichtung bei der Wachstumsorientierung aufweist und die waagerechte Ebene des Blockes eines Zufallsebene für das Kristallwachstum wird.
Da nach dem Kristallwachstum eine große Restspannung in dem entnommenen Block vorhanden ist, wird eine einfache Wärmebehandlung in der Form des Blockes ausgeführt, die er gerade hat.
Der so erhaltene, durch den Kalziumfluorid-Einkristall gebildete Block wird auf eine für den gewünschten Produkttyp angemessene Größe geschnitten und bearbeitet. Wenn hier die Orientierung der Kristallebene nicht berücksichtigt wird, so wird, um ein größeres Ausgangsmaterial für die Herstellung eines optischen Elements (Linse oder dergleichen) effizient aus dem Block auszuschneiden, der Block waagerecht geschnitten (Querschnitt). Anschließend wird das ausgeschnittene Ausgangsmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen, damit man die gewünschten optischen Eigenschaften erhält (Homogenität von Brechungsindex und Doppelbrechung).
Als ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung eines Kalziumfluorid-Einkristalls mit Hilfe des oben beschriebenen Bridgman-Verfahrens und der Wärmebehandung beschreibt z. B. die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eingereichte japanische Patentanmeldung JP H08 5801 A ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Materials, bei dem die Differenz des Brechungsindex 5 × 10^–6 oder weniger beträgt, durch Wärmebehandlung nach dem Wachstum eines Flussspat-Einkristalls nach dem Bridgman-Verfahren.
Im übrigen ist es, da der Fluorid-Einkristall in einer Richtung senkrecht zu einer {111} Kristallebene im Vergleich zu anderen Kristallebenen eine hohe optische Leistung aufweist, im übrigen die Praxis, die {111} Kristallebenen eines Blockes aus dem Fluorid-Einkristall zu messen und ein Ausgangsmaterial für die Herstellung eines optischen Elements so auszuschneiden, daß die {111} Ebenen zwei parallele Flächen werden, mit anschließender Wärmebehandlung.
Alternativ wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem, nachdem der durch Kristallwachstum erhaltene Block aus dem Fluorid-Einkristall einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, um die gewünschte optische Leistung zu erreichen (Homogenität des Brechungsindex und der Doppelbrechung), und ein Basismaterial für die Herstellung eines optischen Elements wird so ausgeschnitten, daß die {111} Kristallebenen zwei parallele Ebenen werden, so daß man einen Fluorid-Einkristall mit hoher optischer Leistung erhält.
Da indessen die intrinsische Doppelbrechung des Fluoridkristalls großer wird, wenn die Meßwellenlänge kürzer wird, wird es bei einer Projektionslinse für 193 nm oder weniger untersucht, außer dem Fluoridkristall mit {111} Ebene einen Fluoridkristall zu verwenden, bei dem die {100} Ebenen oder die {110} Ebenen zwei parallele Ebenen sind. Auch im Fall des Fluoridkristalls, bei dem die {100} oder die {110} Ebenen zwei parallele Ebenen sind, wird ähnlich wie bei denen mit der {111} Ebene ein Schneidschritt und eine Wärmebehandlung ausgeführt.
Um die intrinsische Doppelbrechung des Fluoridkristalls zu beherrschen und ihren Effekt zu mildern, ist außerdem die Messung der Orientierung der Kristallebene in wenigstens zwei Richtungen, z. B. mit Hilfe des Laue-Verfahrens, ausgeführt worden.
In diesem Dokument ist die Doppelbrechung ein Phänomen, bei dem der Brechungsindex sich abhängig von der Polarisationsrichtung des Lichts (d. h. der elektromagnetischen Wellen) unterscheidet, und die Polarisationsrichtung, in der der Brechungsindex minimal wird, wird als die ”schnelle Achse” bezeichnet, und die Polarisationsrichtung, in der der Brechungsindex maximal wird, wird als die ”langsame Achse” bezeichnet. Die Doppelbrechung wird allgemein repräsentiert durch die optische Wegdifferenz (als Retardation bezeichnet) zwischen dem auf der schnellen Achse polarisierten Licht und dem auf der langsamen Achse polarisierten Licht zu der Zeit, wenn das Licht durch eine Einheitslänge einer Substanz hindurchgeht, und als Einheit wird nm/cm verwendet. Außerdem tritt die Doppelbrechung nicht nur infolge der intrinsischen Doppelbrechung auf, die der Substanz oder der Kristallstruktur eigen ist, sondern es gibt auch Falle, in denen die Doppelbrechung infolge von Spannungen auftritt, die auf thermische Spannungen und dergleichen zurückzuführen sind. Es gibt Fälle, in denen eine solche Doppelbrechung einfach als eine Spannung bezeichnet wird.
Die intrinsische Doppelbrechung hat einen Wert, der der Substanz eigen ist, unabhängig von dem Herstellungsverfahren für den Kristall und den Bedingungen der Wärmebehandlung. Selbst wenn das Ausmaß der Doppelbrechung und die Orientierung der schnellen Achse nicht gemessen wird, kann somit, wenn nur die Orientierung der Kristallebene gemessen wird, das Ausmaß der Doppelbrechung beherrscht werden, und es ist möglich, ihre Einflüsse zu überwinden, indem mehrere optische Elemente kombiniert werden.
Im Hinblick auf das Auftreten der Doppelbrechung, die auf die thermische Spannung zurückzuführen ist, wird durch das Vorsehen einer Wärmebehandlung in gleicher Weise wie bei mehrkomponentigen optischen Gläsern und Silika-Gläsern der Wert der Doppelbrechung nach der Wärmebehandlung des Fluoridkristalls etwa 1 bis 2 nm/cm (Meßwellenlänge: 633 nm) bei der Messung in Richtung der optischen Achse. So ist angenommen worden, daß die auf die thermische Spannung zurückzuführende Spannung auf ein Niveau gesenkt wird, das das freie optische Design nicht beeinträchtigt.
Zum Beispiel beschreibt die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eingereichte japanische Patentanmeldung JP H11 240798 A ein Verfahren zur Herstellung eines Kalziumfluorid-Einkristalls mit grobem Durchmesser und geringer Doppelbrechung, der für Fotolithographie bei einer Wellenlänge von 250 nm oder weniger verwendbar ist. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kalziumfluorid-Einkristall einer Wärmebehandlung nach einem bestimmten Temperaturschema unterzogen wird. Es wird berichtet, daß bei diesem Verfahren die Doppelbrechungen in einer seitlichen Richtung rechtwinklig zur optischen Achse des Kalziumfluorid-Einkristalls nach der Wärmebehandlung bei einem Drehwinkel von 360° im wesentlichen die gleichen waren ([0047] der offengelegten japanischen Anmeldung JP H11 240798 A ). Aus diesem Grund wurde in deren Ausführungsform die Doppelbrechung in seitlicher Richtung (in einer beliebigen Richtung) gemessen, ohne daß die Kristallorientierung in der seitlichen Richtung bestimmt wurde.
TECHNISCHES PROBLEM
Durch Messung der Stärken der Doppelbrechung in verschiedenen Ebenenorientierungen des Kalziumfluorid-Einkristalls haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, daß in dem Kalziumfluorid-Einkristall Doppelbrechungen verbleiben, die nicht durch Wärmebehandlung unterdrückt werden können. Weiterhin wurde gefunden, daß eine solche Doppelbrechung auf einem Niveau liegt, das nachteilige Auswirkungen auf das optische Design hat. Weiterhin wurde gefunden, daß, wenn mehrere optische Elemente kombiniert werden, dieser Typ der Doppelbrechung nicht in der Lage ist, die Effekte zu beseitigen. Mit anderen Worten, es ist notwendig, ein optisches System mit optischen Elementen herzustellen, bei denen dieser Typ der Doppelbrechung mindestens auf ein bestimmtes Niveau unterdrückt ist.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein durch einen Fluorid-Einkristall gebildetes optisches Element zu schaffen, bei dem der Effekt der Doppelbrechung minimiert ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall geschaffen, das aufweist: einen Wachstumsschritt (601) des Wachstums eines Blockes aus einem Fluoridkristall, einen Schneidschritt (604), bei dem aus dem Block ein zylindrisches Basismaterial mit zwei parallelen Ebenen ausgeschnitten wird, die eine bestimmte Orientierung der Kristallebenen aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:
einen Schritt (606) der Bestimmung der Kristallorientierung einer Seitenfläche des zylindrischen Basismaterials,
einen Schritt (606) der Messung der Doppelbrechung in einer bestimmten Kristallachsenrichtung an der Seitenfläche, die bestimmt wurde anhand der in dem Schritt der Orientierungsbestimmung bestimmten Kristallorientierung, und
einen Bewertungsschritt zur Bewertung des Fluoridkristalls auf der Grundlage des Resultats der Doppelbrechungsmessung.
Als die Erfinder die Ausmaße der Doppelbrechung in verschiedenen Ebenenorientierungen des Kalziumfluorid-Einkristalls gemessen haben, haben sie gefunden, daß es Fälle gibt, in denen die auf thermische Spannung zurückzuführende Doppelbrechung mit einem herkömmlichen Verfahren nicht ausreichend unterdrückt werden kann. Bei einer weiteren Untersuchung wurde dann festgestellt, daß das Ausmaß der Doppelbrechung an einer zur optischen Achse senkrechten seitlichen Oberfläche des Kalziumfluorid-Einkristalls, die infolge der thermischen Spannung auftritt, wesentlich in Abhängigkeit von der Kristallorientierung variiert. So gelang es den Erfindern, ein optisches Element mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften auszusortieren, indem sie vorab eine spezifische Kristallebenenorientierung bestimmten, in der die auf thermische Spannung zurückzuführende Doppelbrechung groß wird, und indem sie das Ausmaß der Doppelbrechung in dieser Orientierung kontrollierten. Wenn z. B. die beiden parallelen Ebenen die {111} Ebenen sind, genügt es, wenn festgestellt wird, ob das Ausmaß der Doppelbrechung in einer spezifischen Kristallrichtung <110> an einer seitlichen Oberfläche einen vorgeschriebenen Wert oder einen kleineren Wert hat oder nicht. Wenn die beiden parallelen Ebenen die {100} Ebenen sind, genügt es, wenn festgestellt wird, ob das Ausmaß der Doppelbrechung in einer spezifischen Kristallrichtung <110> oder <100> an der seitlichen Oberfläche kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert ist oder nicht. Dann genügt es, wenn nur das Element mit höchstens dem vorgeschriebenen Wert als ein Material zur Bildung eines optischen Systems wie etwa einer Linse benutzt wird.
Insbesondere, da optische Linsen mit einer großen NA in letzter Zeit zur Verbesserung der Auflösung eingesetzt worden sind, nimmt bei dem durch die Linse hindurchgehenden Licht die Lichtmenge von schräg zur optischen Achse verlaufenden Komponenten zu. Diese schrägen Komponenten werden durch die Verteilung des Brechungsindex nicht nur in Richtung der optischen Achse sondern auch in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse beeinflußt, d. h., in einer seitlichen Richtung des zylindrischen Kristalls (Richtung in der Ebene senkrecht zur optischen Achse). Durch Untersuchung des Ausmaßes der Doppelbrechung in der zur optischen Achse senkrechten seitlichen Richtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich zu entscheiden, ob das optische Element für ein optisches System, das für ein Belichtungsgerät oder dergleichen eingesetzt wird, geeignet ist oder nicht.
Bei dem oben beschriebenen Schritt der Orientierungsbestimmung wird die Kristallorientierung an einer seitlichen Oberfläche bestimmt, indem die Doppelbrechung an der seitlichen Oberfläche unter mehreren Winkeln gemessen wird. Bei dem Bewertungsschritt kann bewertet werden, ob ein Maximalwert der Doppelbrechung in der spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche 10 nm/cm oder weniger beträgt oder nicht, bei einer Meßwellenlänge von 633 nm. In einem optischen Projektionssystem, das für ein Belichtungsgerät verwendet wird, erhält man ausgezeichnete Bilderzeugungseigenschaften durch Unterdrückung des Maximalwertes der Doppelbrechung in der spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche auf 10 nm/cm oder weniger bei der Meßwellenlänge von 633 nm. Wenn der Maximalwert der Doppelbrechung in der spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche 10 nm/cm oder weniger bei der Meßwellenlänge von 633 nm beträgt, kann das vorgenannte Basismaterial in die Gestalt eines vorgegebenen optischen Elements geformt werden. Andernfalls kann das zylindrische Basismaterial als für das Material des optischen Elements ungeeignet verworfen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines optischen Elements in Übereinstimmung mit der Erfindung,
2 ist eine Prinzipskizze eines Verfahrens für das Wachstum eines Kalziumfluorid-Einkristalls.
3 ist eine Darstellung eines Gerätes zur Messung einer Kristallebenenorientierung nach dem Laue-Verfahren (Seitenreflektionsverfahren).
4 ist eine Erläuterungsdarstellung für α und β in einem zylindrischen Element.
5 ist eine Prinzipskizze eines Beispiels eines Projektionsbelichtungsapparates.
6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines optischen Projektionssystems.
7 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels eines optischen Projektionssystems.
8 ist eine schematische Darstellung noch eines weiteren Beispiels eines optischen Projektionssystems.
9 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels des optischen Projektionssystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Beispiel des Flußdiagramms des Verfahrens zur Herstellung eines optischen Elements in Übereinstimmung mit der Erfindung. Das Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements gemäß der Erfindung umfaßt grundsätzlich den Schritt des Wachsenlassens eines Kristalls, den Schritt des Ausschneidens eines zylindrischen Basismaterials und der Messung der Kristallorientierung einer seitlichen Oberfläche des Basismaterials und der Doppelbrechung und einen Sortierschritt zur Bestimmung der Qualität des Fluoridkristalls oder einer Verwendungsweise in Übereinstimmung mit dem Resultat dieser Messung.
Ein Kristallwachstumsschritt 601 umfaßt speziell einen Schritt der Rohmaterial-Raffination, einen Vorbehandlungsschritt, einen Kristallwachstumsschritt, einen Schritt des Glühens in einem Kristallwachstumsofen und dergleichen.
Ein Meßschritt 602 zur Messung der Orientierung der Kristallebenen in Blockform wird manchmal vor dem Schritt des Ausschneidens des zylindrischen Basismaterials ausgeführt.
Ein Schneidschritt 604 zum Ausschneiden des zylindrischen Ausgangsmaterials umfaßt speziell einen Untersuchungsschritt zur Untersuchung auf Fremdkörper und dergleichen im Inneren, einen Schneidschritt, einen Verrundungsschritt, einen Ebenen-Polierschritt, einen Abfasungsschritt und dergleichen. Außerdem wird beim Schneiden ein Schritt 603 zur Bestimmung einer Schnittebene und einer Schneidposition durch Verwendung des Laue-Verfahrens, das später beschrieben wird, sowie einer Spaltebene ausgeführt.
Nach dem Ausschneidschritt wird nach Bedarf ein Schritt zur Messung der Kristallorientierung an einer seitlichen Oberfläche des Ausgangsmaterials und zur Messung der Doppelbrechung ausgeführt. Weiterhin wird ein Glühschritt (Wärmebehandlungsschritt) 605 an dem ausgeschnittenen Ausgangsmaterial ausgeführt. Der Glühschritt umfaßt speziell einen Schritt der Anhebung der Temperatur zum allmählichen Erhöhen der Temperatur innerhalb eines Glühofens, einen Halteschritt zum Halten des Basismaterials auf einer festen Temperatur, einen Temperaturabsenkungsschritt zum allmählichen Absenken der Temperatur und einen Abkühlschritt, bei dem man das Basismaterials abkühlen läßt, indem eine Heizung des Glühofens ausgeschaltet wird.
Nach dem Glühschritt wird ein Schritt 606 zur Messung der Doppelbrechung des Ausgangsmaterials nach dem Glühen ausgeführt. Gemessen wird speziell das Ausmaß der Doppelbrechung in der Ebene an zwei parallelen Ebenen des Basismaterials, die Verteilung der Orientierung der schnellen Achse, das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung, die Orientierung der schnellen Achse und dergleichen. Das Sortieren des Basismaterials erfolgt auf der Grundlage der Resultate dieser Messung. Wenn das gewünschte Ausmaß der Doppelbrechung erreicht worden ist, wird das Basismaterial so wie es ist zu der Linsenform verarbeitet (Schritt 607) und einem Zusammenbauschritt 608 unterzogen, um eine optisches System zu bilden. Wenn das gewünschte Ausmaß an Doppelbrechung nicht erreicht worden ist, wird das Basismaterial beispielsweise erneut dem Glühschritt unterzogen und dadurch so bearbeitet, daß es ein gewünschtes Ausmaß an Doppelbrechung annimmt.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallorientierung in seitlicher Richtung des zylindrischen Ausgangsmaterials gemessen wird, das zwei parallele Ebenen hat, die entsprechend einer vorgegebenen Kristallebenenorientierung ausgeschnitten worden sind, und durch die Messung des Ausmaßes der Doppelbrechung in dieser Orientierung, der Orientierung der schnellen Achse und dergleichen.
Die Orientierung der Kristallebene des Ausgangsmaterials ändert sich bei der Wärmebehandlung nicht, was jedoch die Doppelbrechung betrifft, ändern sich das Ausmaß der Doppelbrechung und die Orientierung der schnellen Achse vor und nach der Wärmebehandlung. Bei der vorliegenden Erfindung ist es somit wesentlich, daß die Orientierung der Kristallebene wenigstens bei irgendeiner der Bearbeitungsstufen des Blockes gemessen wird, vor der Wärmebehandlung oder nach der Wärmebehandlung, und daß die Doppelbrechung (Ausmaß und schnelle Achse) zumindest nach der Wärmebehandlung gemessen wird. Für die Optimierung der Doppelbrechung ist es bevorzugt, die Orientierung der Kristallebene und die Doppelbrechungen in den betreffenden Orientierungen vor der Wärmebehandlung zu messen und die Wärmebehandlungsbedingungen auf der Grundlage dieser Information geeignet zu bestimmen.
Es sollte bemerkt werden, daß, wenn die Orientierung der Kristallebene in der seitlichen Richtung vor der Wärmebehandlung gemessen wird, diese Orientierung an dem Ausgangsmaterial markiert werden kann, und dass die Doppelbrechung in der Orientierung dieser Markierung nach der Wärmebehandlung gemessen werden kann.
Weiterhin haben die Erfinder bestätigt gefunden, daß das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung eine Periodizität in Umfangsrichtung in bezug auf die Orientierung der Kristallebene aufweist, wie später beschrieben werden wird. Somit ist es auch möglich, die Orientierung der Kristallebene abzuschätzen, indem das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung unter mehreren Winkeln gemessen wird, ohne daß die Orientierung der Kristallebene in der seitlichen Richtung gemessen wird. Die Kristallorientierung der seitlichen Oberfläche kann nämlich bestimmt werden, indem das Ausmaß der Doppelbrechung unter mehreren Winkeln in der seitlichen Richtung gemessen wird.
Nachstehend werden die einzelnen Schritte detailliert beschrieben.
Kristallwachstumsschritt
Für den Kristallwachstumsschritt wird ein Verfahren ähnlich einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Fluoridkristalls verwendet. Nachstehend wird das Verfahren für das Wachstum eines Kalziumfluorid-Einkristalls nach dem Bridgman-Verfahren (Stockbarger- oder Absenkungsverfahren) beschrieben.
2 ist eine Prinzipskizze, die das Verfahren für das Wachstum eines Kalziumfluorid-Einkristalls illustriert.
Ein durch chemische Synthese hergestelltes hochreines Material wird als Rohmaterial verwendet. Zunächst wird ein halbgeschmolzener Artikel aus dem Material durch die folgende Prozedur hergestellt. Ein Graphit-Tiegel, in den das pulverförmige Material eingefüllt ist, wird in einer überlagerten Weise in ein Vorbehandlungsgerät eingebracht, und das Innere des Vorbehandlungsgerätes wird unter einer Vakuumatmosphäre von 10^–3 bis 10^–4 Pa gehalten. Danach wird die Temperatur in dem Vorbehandlungsgerät auf ein Niveau oberhalb des Schmelzpunktes von Kalziumfluorid (1370°C bis 1450°C) erhöht, um das Rohmaterial zu schmelzen, und anschließend wird die Temperatur auf Zimmertemperatur abgesenkt. In diesem Fall wird vorzugsweise eine PID-Regelung ausgeführt, um zeitliche Änderungen der Temperatur innerhalb des Gerätes zu unterdrücken. Ein Fluorierungsmittel wie z. B. Bleifluorid wird zu diesem pulverförmigen Material hinzugegeben. Ein so erhaltener halbgeschmolzener Artikel wird zu einem Kristallwachstumsofen überführt, und nachdem die Temperatur wieder auf die Schmelztemperatur erhöht wurde, wird der Tiegel mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 bis etwa 5 mm/h in der Kristallwachstumsstufe abgesenkt, so daß die Kristallisation allmählich stattfinden kann, ausgehend von einem unteren Bereich des Tiegels. Wenn die Kristallisation bis zu einem obersten Bereich der Schmelze eingetreten ist, so ist das Kristallwachstum abgeschossen, und es erfolgt ein Glühen (lansame Abkühlung) unter Vermeidung von Quenching (schneller Abkühlung), so daß der gewachsene Kristall (Block) nicht bricht. Wenn die Temperatur in dem Wachstumsgerät auf ungefähr Zimmertemperatur abgenommen hat, wird das Gerät zur Atmosphäre geöffnet, und der Block wird entnommen.
Bei diesem Kristallwachstum wird in einem wärmeisolierenden und luftdichten Wachstumsofen 701 mit Hilfe eines aus Graphit (Kohlenstoff) hergestellten Tiegels, 702 mit 300 mm Durchmesser ein griffelförmger Block hergestellt, dessen Spitzenbereich konisch ist. In diesem Fall kann ein Einkristall gebildet werden durch Wachstum eines Kristalls ausgehend von einer Spitze des konischen Teils am unteren Ende des Tiegels. Der Tiegel 702 ist mit Hilfe eines Trägers 703 vertikal beweglich. Außerdem sind eine Hochtemperatur-Seitenheizung 704 und eine Niedrigtemperatur-Seitenheizung 705 in einem oberen bzw. unteren Bereich längs der inneren Oberfläche des Wachstumsofens 701 angeordnet, so daß der Wachstumsofen 701 so beheizt werden kann, daß der untere Bereich des Ofeninneren niedriger wird als sein oberer Bereich. Weiterhin ist im oberen Teil des Wachstumsofens 701 eine Absaugleitung 706 zur Verringerung des Druckes im Ofen angeordnet. Zunächst wird ein Keimkristall in einen Spitzenbereich des Tiegels eingesetzt. Dieser Keimkristall dient zur Steuerung der Orientierung des Kristallwachstums, da jedoch die waagerechte Ebene des Blockes tatsächlich für jedes Kristallwachstum eine Zufallsfläche wird, kann die Orientierung der Ebene in diesem Stadium nicht abgeschätzt werden.
Wie in 2A gezeigt ist, wird in dem Wachstumsschritt der Tiegel mit dem darin eingefüllten Material des Fluorid-Einkristalls zunächst in einen oberen Bereich des Wachstumsofens 701 eingesetzt, und Luft wird durch die Absaugleitung abgesaugt, um das Innere des Wachstumsofens in einer Vakuumatmosphäre von 10^–3 bis 10^–4 Pa zu halten. Danach wird die Temperatur in dem Wachstumsofen auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes des Fluorids (im Fall von Kalziumfluorid: 1370°C bis 1450°C) erhöht, um das Rohmaterial zu schmelzen.
Dann wird, wie in 2B gezeigt ist, der Tiegel 702 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (0,1 bis 5 mm/h) mit Hilfe des Trägers 703 abgesenkt, und man läßt die Schmelze 707 allmählich kristallisieren, beginnend an der Unterseite des Tiegels, so daß ein Fluorid-Einkristall 708 wächst.
Wie in 2C gezeigt, wird dann, wenn die Schmelze 707 in dem Tiegel bis zum oberen Bereich desselben kristallisiert ist, das Kristallwachstum abgeschlossen. Man läßt die Temperatur im Inneren des Ofens allmählich auf ungefähr Zimmertemperatur absinken, um zu verhindern, daß der gewachsene Kristall 709 (Block) bricht, und um Restspannungen zu reduzieren, und anschließend wird der Block entnommen (A).
Messung der Ebenenorientierung
Wenn aus dem Block ein zylindrisches (säulenförmiges) Basismaterial ausgeschnitten wird, so wird die Kristallorientierung von wenigstens zwei parallelen Ebenen bestimmt. Weiterhin können in diesem Stadium zwei oder mehr Kristallorientierungen mit Hilfe des Laue-Verfahrens oder dergleichen gemessen werden. Des weiteren ist die Erfindung nicht auf die Messung der Kristallorientierung des gesamten Blockes beschränkt, und es kann ein Probestück aus einem oberen Bereich oder einem Konusbereich eines Blockes ausgeschnitten werden, und seine Kristallorientierung kann gemessen werden, um so die Kristallorientierung des gesamten Blockes zu bestimmen. Außerdem kann die Kristallorientierung im Zustand einer Matrix gemessen werden, in dem der Block geschnitten oder in gewissem Ausmaß bearbeitet worden ist.
Bei der Messung der Ebenenorientierung wird z. B. das Laue-Verfahren benutzt, bei dem die Orientierung der Kristallebene durch Bestrahlung einer Probe mit Röntgenstrahlen gemessen wird.
Das Laue-Verfahren hat den Vorteil, daß verschiedene Kristallebenenoriertierungen wie etwa {111}, {110} und dergleichen einfach gemessen und kontrolliert werden können.
Da das Laue-Verfahren auf einem seitlichen Reflektionsverfahren beruht, hat das Laue-Verfahren den Vorteil, daß selbst die Messung einer Probe mit großem Durchmesser möglich ist, ohne daß die Probe geschädigt wird.
Bei der Bestimmung der Kristallorientierung ist es wünschenswert, einen Abweichungswinkel von einer gewünschten Orientierung auf einen Bereich von 3° zu begrenzen. Es wird eine detaillierte Beschreibung eines Verfahrens zur Messung der Kristallorientierung beschrieben, das für die Erfindung geeignet ist.
Verfahren zur Bewertung der Kristallorientierung umfassen Verfahren auf der Grundlage von Röntgenstrahlen, mechanische Verfahren, optische Verfahren und dergleichen.
Verfahren zur Bewertung der Kristallorientierung durch Röntgenstrahlung umfassen das Laue-Verfahren, bei dem der stationär gehaltene Kristall mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, ein Rotationsverfahren oder ein Vibrationsverfahren, bei dem der Kristall, während er rotiert oder in Schwingung versetzt wird, mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, das Walsenburg-Verfahren oder Präzessionsverfahren, bei dem diese Verfahren modifiziert sind, und so weiter.
Als nächstes werden die mechanischen Verfahren beschrieben.
Wenn einem Kristall durch eine geeignete Einrichtung eine plastische Deformation erteilt wird, erscheinen an seiner Oberfläche verschiedene Oberflächenmuster, die durch die Kristallorientierung gekennzeichnet sind. Zum Beispiel umfassen solche Oberflächenmuster Druckfiguren (oder Perkussionsfiguren), die inhärente Formen in den Kristallebenen haben, sowie Schlupfbänder. Zwillinge und Spalten, die längs bestimmter Kristallebenen auftreten. Hierunter umfassen Zwillingskristalle außer plastischer Deformation durch Zwillingsbildung, geglühte Zwillinge und gewachsene Zwillinge, und sie erzeugen ähnliche Oberflächenmuster.
Speziell umfassen die mechanischen Verfahren ein Verfahren, bei dem von einer Druckfigur Gebrauch gemacht wird, ein Verfahren, bei dem von einer Schlupfellipse Gebrauch gemacht wird, ein Verfahren, bei dem ein Schnittwinkel zwischen Schlupflinien. Zwillingen und anderen Oberflächenmustern ausgenutzt wird, ein Verfahren, bei dem eine Spaltebene, Analyse von Schlupf, Zwillingen und Spalten ausgenutzt wird, und so weiter.
Des weiteren umfassen die optischen Verfahren das Goniometrische Verfahren, das Ätzfiguren-Verfahren, das Lichtfiguren-Verfahren, das ellipsometrische Verfahren und dergleichen.
Unter diesen Verfahren ergibt das mit Röntgenstrahlen arbeitende Verfahren die höchste Meßgenauigkeit und eine hohe Geschwindigkeit, und dieses Verfahren ist für die Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Nachstehend wird das Verfahren mit Röntgenstrahlen beschrieben.
Wenn ein Röntgen-Diffraktometer verwendet wird, wird auf einer Seite einer Röntgenstrahlröhre gegenüberliegend zu einem Diffraktometer eine Laue-Kamera für Rückreflektion installiert. Der Abstand zwischen der Probenoberfläche und dem Film ist auf einige dutzend Millimeter eingestellt. Die Röntgenröhre verwendet eine Mo-Target, und die Filmaufnahme erfolgt mit einer Röhrenspannung von 40 kV, einem Röhrenstrom von 50 mA für eine Belichtungszeit von 60 s. Die Analyse der Orientierung erfolgt durch manuelle Berechnung anhand einer Polaroid-Fotografie des erhaltenen Laue-Musters, oder wird berechnet, indem die Fotografie mit Hilfe eines Scanners in einen Computer geladen wird.
Das Laue-Verfahren ist eines der Röntgenbeugungsverfahren und ist so angeordnet, daß weiße Röntgenstrahlen einen festen Einkristall streifen. Da der Bragg-Winkel φ in bezug auf alle Ebenen des Kristalls festgelegt ist, erfährt jede Ebene eine Beugung durch Auswahl von Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge λ, die die Bragg-Bedingung λ = 2dinφ in bezug auf den Bragg-Winkel θ erfüllt. Bei dem Laue-Verfahren gibt es drei Methoden einschließlich der Transmissionsmethode, der Rückreflektionsmethode und der Seitenreflektionsmethode, durch Variieren der relativen Positionsbeziehung zwischen der Röntgenquelle, dem Kristall, der Film- oder der CCD-Kamera. Bei der Tansmissionsmethode ist die Film- oder die CCD-Kamera hinter dem Strahl angeordnet, so daß Strahlen aufgezeichnet werden, die in Vorwärtsrichtung gebeugt wurden. Bei der Rückreflektionsmethode ist der Film in der Mitte zwischen dem Kristall und der Röntgenquelle angeordnet, und eintreffende Strahlen gehen durch eine in dem Film gebildete Öffnung hindurch, und Strahlen, die in Rückwärtsrichtung gebeugt werden, werden aufgezeichnet. Bei der Seitenreflektionsmethode ist die Röntgenquelle so angeordnet, daß die Strahlen unter einem bestimmten Einfallswinkel ω auf den Kristall auftreffen, und der Film oder die CCD-Kamera ist in einer Position angeordnet, die in bezug auf den einfallenden Strahl um ϕ gedreht ist, um in beliebige seitliche Richtung gebeugte Strahlen aufzuzeichnen. Bei jedem dieser Verfahren bilden die gebeugten Strahlen Laue-Flecken auf dem Schirm oder einem Fluoreszenzschirm. Da die Position des Laue-Flecks in jeder Methode durch die relative Beziehung der Kristallorientierung in bezug auf den einfallenden Strahl bestimmt ist, wird die Position der Laue-Flecken zur Bestimmung der Kristallorientierung unter Ausnutzung dieser Tatsache benutzt.
Das Laue-Verfahren macht es möglich, verschiedene Kristallebenenorientierungen wie etwa {111} und {110} einfach zu messen, und es ist sowohl hinsichtlich Meßgenauigkeit als auch hinsichtlich Geschwindigkeit für die vorliegende Erfindung geeignet.
Es ist zu bemerken, daß zur Angabe der Kristallorientierung Miller-Indizes benutzt werden. Der Miller-Index ist der Kehrwert eines Verhältnisses zwischen dem Abstand vom Ursprung eines Einheitsgitters eines Kristalls zu dem Schnittpunkt der Ebene mit der Kristallachse und der Einheitslänge der Achse. Im Falle eines Kubischen Systems, wie etwa Kalziumfluorid, wenn man annimmt, daß die Einheitslänge jeder Kristallachse a ist, ist der Miller-Index (hkl), wenn eine bestimmte Ebene die Achse an Punkten a/h, a/k und a/l schneidet. Im Kubischen System ist die Orientierung [hkl] stets rechtwinklig zu der Ebene (hkl) mit demselben Index, und Richtungen, die in einer symmetrischen Beziehung stehen, werden durch einen Index repräsentiert und mit < > angegeben. Äquivalente Gitterebenen, die in einer symmetrischen Beziehung stehen, werden ebenfalls durch einen Index repräsentiert und mit {} angegeben. Zum Beispiel werden schräge Linien eines Würfels wie etwa [111], [1-11], [-1-111 und [-111] alle durch <111> repräsentiert und Oberflächen eines Würfels (100), (010), (-100), (0-10), (001), (00-1) werden durch {100} repräsentiert.
Ein Gerät zur Messung der Kristallorientierung nach dem Laue-Verfahren besteht aus einer Röntgenquelle, einer Probenbühne und einer CCD-Kamera (3). Röntgenstrahlen treffen auf die Probe auf, und dadurch erhaltene gebeugte Strahlen werden als ein Laue-Muster analysiert.
In der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß vorzugsweise das folgende Verfahren für die Messung einer großen Probe verwendet wird, etwa eines Blockes mit dem Durchmesser von 300 mm und der Dicke von 60 mm.
Zunächst wird eine Meßprobe 800 flach auf eine Bühne 810 aufgelegt, und eine Röntgenquelle (Röntgenstrahlröhre) 820 und ein optisches System einer Film- oder CCD-Kamera 830 werden darunter installiert. Da die Meßprobe 800 flach auf der Bühne 810 aufliegt, ist es möglich eine große Probe zu handhaben. Außerdem werden auch detaillierte Messungen zur Kartierung und dergleichen ermöglicht, und es genügt, wenn Punkte ausgewählt werden und entschieden wird, ob die Simulation korrekt ist oder nicht, wodurch eine effiziente Messung ermöglicht wird. Des weiteren ist infolge des Seitenreflektionsverfahrens die Schädigung der Probe durch Röntgenstrahlen sehr klein.
Die Orientierung der Kristallebene wird mit Hilfe eines solchen Laue-Verfahrens gemessen. Es sollte bemerkt werden, daß die Messung der Orientierung der Kristallebene synonym ist mit der Messung der Kristallachse. Die Messung der Orientierung der {111} Ebene ist nämlich äquivalent zur Messung der <111> Achse.
Durch Verwendung des oben beschriebenen Meßverfahrens wird die Ebenenorientierung gemanagt bei der Prozedur des Scheidens des Oberteils und des Konus des Blockes, der Orientierungsmessung, der Abschätzung der Orientierung des Blockes anhand der Daten des Oberteils und Konus, dem Ausschneiden des Elements und der Messung der Außenseite des effektiven Durchmessers des Elements (Kartierung von Fall zu Fall), in der angegebenen Reihenfolge.
Nachstehend wird die Prozedur der Bestimmung der Ebenenorientierung des durch das Bridgman-Verfahren erhaltenen Fluorid-Einkristalls speziell gezeigt.
Bei dem Block aus dem Fluorid-Einkristall wird ein seitlicher Bereich, der im Ofen der Vorderseite zugewandt war, mit einer Drahtbürste abgekratzt und geglättet, und mit Hilfe eines Glasgriffels wird ein gerade Linie gezogen und als Bezugslinie für die Position gewählt (B).
Anschließend werden die konische Gestalt (die als Konusteil bezeichnet wird) an der Spitze und der gegenüberliegende Teil (der als Oberteil bezeichnet wird) auf eine Dicke von 30 mm geschnitten und als Probenteile für die Messung der Ebenenorientierung verwendet (C). Indem die Messung der Ebenenorietierung dieser beiden Probenteile ausgeführt wird, wird die Ebenenorientierung des Hauptkörpers abgeschätzt. Die Positionsbeziehung zwischen den beiden Probenteilen und dem Körper des Blockes wird bestätigt durch die anfängliche Bezugslinie für die Position. Die Messung der Ebenenorientierung der Probenteile wurde nach dem Laue-Verfahren durchgeführt.
Außerdem kann der gesamte Block, so wie er ist, der Messung der Ebenenorientierung nach dem Laue-Verfahren unterzogen werden. Die Messung der Probenteile bietet jedoch einen größeren Vorteil. Dies liegt daran, daß die Handhabung schwierig ist, da das Gewicht des Blockes einige dutzend Kilogramm erreichen kann, weil Kalziumfluorid einen großen Ausdehnungskoeffizienten hat und seine mechanische Festigkeit nicht groß ist, so daß es die Gefahr einer Schädigung des Blockes gibt, und weil Probenteile (Durchmesser 30 – 60 × Dicke 20) zur Kontrolle der Durchlässigkeit und des Excimer-Laser-Widerstands vom Oberteil und Konusteil abgeschnitten werden müssen und der Schritt des Ausschneidens wesentlich ist.
Es sollte bemerkt werden, daß der Einkristall aus Kalziumfluorid (oder Bariumfluorid) an der {111} Ebene spaltfähig ist, wenn der Block einer thermischen Spannung oder dergleichen ausgesetzt wird, bricht (spaltet) dieser Einkristall an der {111} Ebene. Außerdem spaltet der Block, selbst wenn der Block nicht gespalten worden ist, wenn sein Endbereich leicht mit einem Meißel oder dergleichen angeschlagen wird.
Wenn der Block unter Verwendung dieser Spaltungsebene als Bezugsebene so geschnitten wird, daß er parallel zu dieser Ebene ist, ist es möglich, ein Basismaterial für die Herstellung eines optischen Elements auszuschneiden. Bei dem so erhaltenen Basismaterial sind die {111} Kristallebenen zwei parallele Ebenen. Obgleich es ein Verfahren gibt, bei dem die Spaltungsebene so als Bezugsebene benutzt wird, kann gemäß dem Laue-Verfahren jede Ebenenorientierung augenblicklich in nichtzerstörerischer Weise gemessen werden.
Es wird nun ein automatisches Meßgerät beschrieben, das auf dem Laue-Verfahren basiert. Das automatische Meßgerät umfaßt die Röntgenquelle, die Probenbühne und die CCD-Kamera.
Die Struktur ist so aufgebaut, daß eine Probe flach auf die Bühne aufgelegt wird, und die Röntgenquelle und ein optisches System der Film- oder CCD-Kamera darunter installiert sind, so daß es möglich ist, mit einer großen Probe umzugehen. Die Probenteile aus dem Oberteil und dem Konusteil werden so eingestellt, daß die Bezugslinie nach vorn weist. Da der Konusteil konisch ist, wird der Konusteil für die Messung mit seiner flachen Oberfläche nach unten aufgelegt. Aus diesem Grund werden die Meßwerte für die Ebenenorientierung umgekehrt, um sie mit den anderen Teilen in Beziehung zu setzen. Es wird eine Röntgenöhre verwendet, die ein W-Target aufweist und eine maximale Ausgangsleistung von 2 kW hat, z. B. eine Röhrenspannung von 50 kV und eine Röhrenstrom von 40 mA. Die in der der Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlen läßt man auf die Probe auftreffen, nachdem sie mit einem doppelten Nadelloch-Kollimator mit ungefähr 1 mm Durchmesser im wesentlichen parallel gemacht und zu einem Strahldurchmesser von ungefähr 2 mm fokussiert wurden. Die Röntgen-Bestrahlungszeit beträgt ungefähr 1 Minute. Der gebeugte Röntgenstrahl wird auf einen Fluoreszenzschirm projeziert, durch die CCD-Kamera abgebildet und als ein Laue-Muster in den Computer geladen. Die CCD wird mit einem Peltier-Element auf –50°C gekühlt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Das geladene Laue-Muster wird auf einem Bildschirm zur Orientierungsanalyse analysiert. Das Laue-Muster besteht aus einer Vielzahl von Punktzeilen, und eine Punktzeile repräsentiert gebeugte Punkte von derselben Zonenachse. Wenn hieraus mit einer Maus vier Punkte von den Flecken (Schnittpunkte der Punktzeilen) angegeben werden, die zu mehreren Zonenachsen gehören, erfolgt die Indexierung automatisch, und es wird ein Simulationsmuster angezeigt, das mit dem Laue-Muster überlappt, wenn Anpassung erreicht ist. Das Ausmaß der Übereinstimmung der beiden Muster wird mit einem Meßgerät bestimmt. Wenn der Index bestimmt ist, werden eine stereographisches Projektionsdiagramm, eine stereographisches Dreieck und Ebenen-Orientierungswinkel der betreffenden Ebenen als Resultate der Orientierungsanalyse ausgegeben. In einem Koordinatensystem, in dem die Rückseite der Probenbühne die Richtung der x-Achse bildet und die senkrechte Abwärtsrichtung der Probenbühne die Richtung der z-Achse, werden die Ebenen-Orientierungswinkel ausgedrückt, indem ein Winkel zwischen der z-Achse und <111> als α gesetzt wird und indem ein Winkel, der durch eine Linie gebildet wird, die man durch Projektion von <111> auf die Meßebene erhält, als β gesetzt wird, in Gegenuhrzeigerrichtung von einer +x-Richtung der x-Achse aus. 4 ist eine Prinzipdarstellung von α und β in dem zylindrischen Element.
Unterdessen wird der verbleibende Körper des Blockes, von den der Konusteil und das Oberteil abgeschnitten wurden, verrundet, und der zylindrische Oberflächenbereich wird als eine Oberfläche genommen, die äquivalent zu einer geschliffenen Oberfläche ist (E). Es ist auch möglich, einen inneren Teil zu beobachten, durch oberflächliches Anschleifen der seitlichen Oberfläche mit einer Breite von einigen Zentimetern (D). Zusätzlich zu der Beobachtung der Oberfläche an der geschliffenen Oberfläche wird der innere Teil in einem Dunkelraum beobachtet, durch Auftragen von Anpassungsöl für den Brechungsindex, Spannungskonzentrationen und dergleichen an der Grenzfläche werden mit Hilfe eines optischen Systems aus gekreuzten Nicols beobachtet, und Zustände der Unterkorngrenze und Polykristalle und die Position der Grenzfläche werden überprüft. Außerdem werden zugleich die Bedingungen von Blasen und Fremdkörpern überprüft. Wenn der gesamte Block zu einem Einkristall gewachsen ist, kann, wenn die Ebenenorientierung des Konusteils oder des Oberteils gemessen ist, die Ebenenorientierung des gesamten Blockes abgeschätzt werden. Für größere Genauigkeit ist es bevorzugt, die jeweiligen Ebenenorientierungen am Oberteil und am Konusteil zu messen und sich zu vergewissern, daß es keine Diskrepanz zwischen ihren Ebenenorientierungen gibt. Weiterhin gibt es viele Fälle, in denen der Block zu Polykristallen geworden ist und Unterkorngrenzen vorhanden sind. In einem solchen Fall ist es erforderlich, die Kristallorientierung für jeden Teil des Einkristalls in dem Block zu messen.
Bestimmung der Schnitt-Orientierung und Schneiden
Die Richtung zum Schneiden des Blockes wird bestimmt auf der Grundlage von α und β, die an den oben beschriebenen Probenteilen bestimmt wurden. Wenn der Orientierungswinkel des Oberteils benutzt wird, wird, wenn der Block von oben betrachtet wird, eine seitliche Oberfläche in der Richtung (90° – β) als eine Lagerfläche benutzt, wobei die Drehung aus der Richtung der Bezugslinie um eine Normale einer Schnittebene des Oberteils als positiv gezählt wird. Als Schnittrichtung wird dann eine Richtung α im Uhrzeigersinn benutzt, wobei der abgeschnittene Querschnitt des Oberteils als Bezugsebene dient. Wenn der Orientierungswinkel des Konusteils benutzt wird, so wird, wenn der Block aus der Richtung des Konus betrachtet wird, als Lagerfläche (Bezugsebene der Bearbeitung) eine seitliche Oberfläche in einer Richtung (90° – β) genommen, wobei die Drehung im Gegenuhrzeigersinn aus der Richtung der Bezugslinie um eine Normale einer Schnittebene des Konusteils als positiv gezählt wird. Als Schnittrichtung wird dann eine Richtung α im Uhrzeigersinn benutzt, unter Verwendung der Schnittfläche des Oberteils als Bezugsebene (F). Weiterhin wird eine Schnittposition bestimmt durch Einbeziehung einer Verarbeitungstoleranz im Glühschritt, d. h. Abmessungen von +5 bis 10 mm für sowohl die Dicke als auch den Durchmesser, für das Schneiden auf eine gewünschte Teilegröße (G). Beim Schneiden wird zunächst eine geschliffene Oberfläche (Lagerfläche) parallel zur Achse des Blockes in Richtung der Lagerfläche an der seitlichen Oberfläche gebildet, die durch den Ebenen-Orientierungswinkel gegeben ist, und der Block wird mit der Lagerfläche nach unten auf die Bühne einer Schneidmaschine aufgelegt. Der Block wird geschnitten, indem er um α gedreht wird, wobei die obere Oberfläche als Bezugsebene dient (H). Bei der durch das Schneiden erhaltenen elliptischen Scheibe wird ihr innerer Teil in einem Dunkelraum beobachtet, durch Auftragen von Anpassungsöl für den Brechungsindex, Spannungskonzentrationen und dergleichen an der Grenzfläche werden mit Hilfe eines optischen Systems aus gekreuzten Nicols beobachtet, und Zustande der Unterkorngrenzen und Polykristalle und die Position der Grenzfläche werden überprüft. Weiterhin werden das Schneiden (Grobschneiden) (I) und das Verrunden (J) ausgeführt, nachdem die Position für das Schneiden des Teils bestimmt worden ist, unter Einbeziehung einer Verarbeitungstoleranz im Glühschritt, d. h. Abmessungen von +5 bis 10 mm für sowohl die Dicke als auch den Durchmesser, zum Schneiden auf eine gewünschte Teilegröße unter Vermeidung der Positionen von Blasen und Fremdkörpern in dem Block. Weiterhin werden für die Untersuchung der Ebenenorientierung ein Grobschleifen und Abfasen ausgeführt (K). In diesem Fall kann auch die Ebenenorientierung eines endgültigen Elements als eine solche Markierung behandelt werden, die die Beziehung zu der Ebenenorientierung aufklärt, die aus der anfänglich markierten Bezugslinie bestimmt wurde, und diese wird auch in den nachfolgenden Schritten beibehalten.
Da der Schritt der Bestimmung der Ebenenorientierung vor dem Schritt des Ausschneidens stattfindet, kann der Abweichungswinkel des hergestellten optischen Elements von einer gewünschten Orientierung bis auf 3° genau eingestellt werden. Dieser Winkel kann bis zu 4° benutzt werden, maximal ungefähr 6° in einem am meisten abweichenden Zustand, doch sind 3° oder weniger wünschenswert und 2° oder weniger besonders erwünscht.
Das in der vorliegenden Erfindung benutzte Laue-Verfahren ist nicht auf das Management solcher Ebenenorientierungen beschränkt, sondern kann auch bei der Detektion und Behandlung von Untergrenzen und Zwillingen benutzt werden. Schwache Untergrenzen sind durch visuelle Beobachtung nicht leicht festzustellen, und eine geschickte Person kann sie normalerweise nur erkennen, indem sie Licht schräg auf die geschliffene Oberfläche auftreffen läßt. Wenn eine solche Kartierungsmessug ausgeführt wird, sofern Untergrenzen vorhanden sind, ergeben sich Abweichungen der Ebenenorientierung in der Größenordnung von einigen Winkelgraden, und sie können leicht detektiert werden.
Wärmebehandlung
An den beiden so erhaltenen zylindrischen Basismaterialien mit 260 × 50 und 200 × 60 (Durchmesser × Dicke) wird, nachdem die Orientierungen ihrer Kristallebenen (Achsen) in seitlicher Richtung gemessen wurden und das Ausmaß der Doppelbrechung in dieser Richtung und die Orientierung der schnellen Achse gemessen wurde, eine Wärmebehandlung (Glühen) zur Verbesserung der Qualität durchgeführt. Die Messung der Doppelbrechung des Lichts, das in einer Richtung senkrecht zur Normalrichtung der beiden parallelen Ebenen durchgelassen wird, d. h. in der seitlichen Richtung des Elements, wird im folgenden als Messung in seitlicher Richtung bezeichnet werden.
Messung der Ebenenorientierung und Doppelbrechung
Ein Verfahren, das dem Verfahren zur Messung der Ebenenorientierung des Blockes auf der Grundlage des oben beschriebenen Laue-Verfahrens ähnelt, wird auch für die Messung in seitlicher Richtung benutzt.
Die Ebenenorientierungen der beiden parallelen Ebenen werden dahingehend bestimmt, daß es sich etwa um die {111} Ebene oder die {100} Ebene handelt, und die Messung in Richtung der optischen Achse ist gleichförmig. Bei der Messung in seitlicher Richtung liegt jedoch eine Ungewißheit von 180° in Richtung auf das Zentrum des Elements vor. In dem Fall, in dem die beiden parallelen Ebenen {111} Ebenen sind, wird die Richtung der optischen Achse die <111> Achse, aber die <110> Achse und die <211> Achse, liegen in der dazu rechtwinkligen seitlichen Richtung. In dem Fall, in dem die beiden parallelen Ebenen {100} sind, wird die Richtung der optischen Achse die <100> Achse, aber die <100> Achse und die <110> Achse, z. B., liegen in der dazu rechtwinkligen seitlichen Richtung. Als Resultat von detaillierten Messungen der seitlichen Richtung durch die Erfinder wurde gefunden, daß in der 180°-Drehrichtung eine gewisse Periodizität vorhanden ist und daß die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung ein Maximum (Höchstwert) in der Richtung der <110> Achse annimmt, wenn die beiden parallelen Ebenen die {111} Ebenen sind, und sowohl in Richtung der <111> Achse als auch in Richtung <110> Achse, wenn die beiden parallelen Ebenen {100} Ebenen sind.
Demgemäß wird die Beziehung zwischen der Kristallebenorientierung in der seitlichen Richtung und der Doppelbrechung durch Messung in der seitlichen Richtung gemessen.
Bei dieser Messung wird die Orientierung der Kristallebene in einer bestimmten seitlichen Richtung gemessen, z. B. nach dem Laue-Verfahren, und das Ausmaß der Doppelbrechung in dieser Orientierung wird gemessen, und das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung, die mit dieser Orientierung einen bestimmten Winkel bildet, wird anschließend gemessen. Speziell in dem Fall, in dem die beiden parallelen Ebenen die {111} Ebenen sind, wird das Ausmaß der Doppelbrechung in der Richtung der <110> Achse der seitlichen Oberfläche gemessen. In diesem Fall liegt die <110> Achse in der 120°-Drehrichtung in der seitlichen Richtung. Vorzugsweise mit Verwendung einer bestimmten <110> Achse als Bezugsrichtung wird das Ausmaß der Doppelbrechung in Winkelschritten in Drehrichtung gemessen, z. B. in Einheiten von 30°, vorzugsweise in Einheiten von ungefähr 10°.
Es trifft zu, daß selbst wenn die Orientierung der Kristallebene in der seitlichen Ebene nicht nach dem Laue-Verfahren gemessen wird, es durch Ausnutzung der oben beschriebenen Periodizität möglich ist, die Orientierung der Kristallebene in der seitlichen Richtung abzuschätzen. Das Ausmaß der Doppelbrechung wird nämlich in der 180°-Drehrichtung z. B. in Einheiten von 10° gemessen, unter Verwendung einer beliebigen Position in der seitlichen Richtung als Referenz. Die Richtung eines so erhaltenen Maximalwertes wird die <110> Achse, wenn die beiden parallelen Ebenen die {111} Ebenen sind, und sie wird die <110> Achse oder die <100> Achse, wenn die beiden parallelen Ebenen die {100} Ebenen sind.
Wie oben beschrieben wurde, werden die Orientierung der Kristallebene, das Ausmaß der Doppelbrechung und die Orientierung der schnellen Achse in der seitlichen Richtung vor der Wärmebehandlung gemessen. Dabei ist es bevorzugt, eine Markierung anzubringen, um die Kristallorientierung des Basismaterials während des Glühens zu behalten. Für die Markierung wird ein weicher Bleistift oder rote Tinte auf Ölbasis verwendet, die keine Schäden an der Oberfläche des Kalziumfluorids verursacht und keine Kontamination mit Verunreinigungen erzeugt. Da rote Tinte auf Ölbasis nach dem Glühen schwarz wird, ist eine Unterscheidung zwischen vor und nach dem Glühen möglich.
Weiterhin wird eine Kartierungsmessung der in der Ebene liegenden Ebenenorientierungen der beiden parallelen Ebenen (Flächen) des Basismaterials ausgeführt. Bei der Messung der Ebenenorientierung mit Röntgenstrahlung, wie bei dem Laue-Verfahren, wird das Kalziumfluorid des Basismaterials geschädigt und ein Farbzentrum verursacht. Deshalb ist für die Kartierungsmessung eine Fertigungsstufe des Basismaterials geeignet, die in bezug auf die endgültige Linsenform eine zusätzliche Dicke von 2,5 bis 5 mm aufweist. Nachdem die Form des Basismaterials der Linsenform angenähert ist, kann in unerwünschter Weise nur noch außerhalb des effektiven Durchmessers der optischen Designs, d. h. in einem Randbereich von einigen Millimetern gemessen werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, die Winkelabweichung der Kristallebene präzise zu verfolgen. Bei der Messung der Winkelabweichung wird ein Apparat benutzt, der auf dem Laue-Seitenreflektionsverfahren zur Messung einer Winkelabweichung einer Probenoberfläche und der Kristallebene anhand der durch Seitenreflektion erhaltenen Laue-Flecke beruht. Hinsichtlich des Laue-Verfahrens wird allgemein das Rückreflektionsverfahren oder das Transmissionsverfahren verwendet, in welchem Fall es vorteilhaft ist, die Durchlässigkeit nach der Röntgenbestrahlung zu kontrollieren, um Schäden an der Probe zu minimieren.
Wärmebehandlung
Danach wird das Basismaterial, an dem die Orientierung der Kristallebenen und die Doppelbrechung gemessen wurden, der Wärmebehandlung unterzogen, um die optische Leistung, wie etwa die Doppelbrechung zu verbessern.
Das zylindrische Basismaterial wird in einen Behälter eines Wärmebehandlungsgerätes eingesetzt, so daß die flachen Oberflächen die Ober- und Unterseiten bilden, und eine Wärmebehandlung (Glühen: eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1080°C) wird durch Beheizung mit einer Heizung ausgeführt (L).
Der Wärmebehandlungsapparat ist ein Vakuumapparat und ist so aufgebaut, daß der Eintritt von Sauerstoff verhindert wird, der eine Trübung des Kalziumfluorids verursacht. Die Außenstruktur besteht aus rostfreiem Stahl, und eine Graphitheizung und ein Graphitbehälter sind im Inneren angeordnet. Um den inneren Sauerstoff vollständig zu beseitigen und das an der inneren Ofenfläche freiliegende Metall mit einem Fluorid zu beschichten, werden etwa 100 g saures Ammoniumfluorid zusammen mit Kalziumfluorid gemeinsam mit dem Element aus Kalziumfluorid in den Ofen eingeschlossen. Nachdem das Innere des Ofens mit einer Vakuumpumpe evakuiert wurde, beginnt in diesem Zustand der Temperaturanstieg. Kurz bevor und nachdem die Temperatur im Inneren des Ofens 500°C übersteigt, beginnt die Verdampfung von saurem Ammoniumfluorid, so daß der Druck im Inneren des Ofens einen leicht positiven Wert annimmt. Die Temperatur wird erhöht, während der Druck kontrolliert wird, so daß dieser geringe positive Druck (2 bis 8 kPa) aufrechterhalten bleibt, dann wird die Temperatur auf 1080°C gehalten, und das Glühen wird ausgeführt.
Durch das oben beschriebene Glühen ist es möglich, das Ausmaß der Doppelbrechung, das auf thermische Spannungen zurückzuführen ist, in bestimmten Orientierungen der Kristallebenen des Kalziumfluorid-Elements zu reduzieren.
Insbesondere wird, wenn die Temperatur auf einem vorbestimmten Niveau gehalten wird, die Wärmebehandlung so ausgeführt, daß die Temperaturverteilung im Inneren des Festkörpers (Elements) während des Temperaturabfalls und der Strahlungskühlung in beiden Fällen innerhalb von 0,5°C liegt, wodurch es möglich wird, das Ausmaß der Doppelbrechung in vorbestimmten Orientierungen der Kristallebene der seitlichen Oberflächen zu reduzieren.
Das Wärmebehandlungsgerät sollte vorzugsweise mit einem wärmeisolierenden Material oder einer Heizung ausgerüstet sein, die so angeordnet sind, daß sie die gesamte Oberfläche des Werkstücks (Basismaterial aus Kalziumfluorid) umschließen. Um die thermische Homogenität in dem Gerät zu verbessern, ist es bevorzugt, ein Gerät mit einer hinreichend großen Kapazität zu verwenden, z. B. einer Kapazität, die das Zehnfache oder mehr der Kapazität des Elements beträgt.
Um die thermische Homogenität weiter zu verbessern, ist es außerdem bevorzugt, das Werkstück im Inneren des Wärmebehandlungsgerätes zu drehen.
Wenn alternativ ein Wärmebehandlungsgerät verwendet wird, in dem eine Heizung so angeordnet ist, daß sie eine solche Wärmeverteilung hervorbringt, daß siedle Umfangsverteilung des Ausmaßes der Doppelbrechung in Übereinstimmung mit den Resultaten der Messung der Orientierungen der Kristallebenen der seitlichen Oberflächen des zylindrischen Basismaterials und des Ausmaßes der Doppelbrechung in den jeweiligen Orientierungen verändert, ist es möglich, das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung des das Werkstück bildenden Basismaterials zu reduzieren.
In die seitliche Oberfläche des zylindrischen Basismaterials, das der Wärmebehandlung unterzogen wurde, wird ein Fenster eingearbeitet, und seine oberen und unteren Oberflächen werden jeweils um 2,5 mm abgeschliffen (M). Dann werden die Homogenität der Doppelbrechung und des Brechungsindex der seitlichen Oberfläche überprüft (N). Anschließend wird verrundert (O).
Nach dem Glühen wird poliert (auf Glanz) und abgefast (P), und Werte der Doppelbrechung des Lichts, das sich in der Normalrichtung der beiden parallelen Ebenen ausbreitet, wird in Bezug auf etwa 200 Punkte automatisch gemessen mit Hilfe eines automatischen Doppelbrechungsmeßgerätes, hergestellt von ORC Manufacturing Co., Ltd. oder Uniopto (die Meßwellenlänge ist 633 nm). Diese Messung wird als Messung in Richtung der optischen Achse bezeichnet. Außerdem wird auch die Doppelbrechung des Lichts gemessen, das in einer zu der Normalrichtung der beiden parallelen Ebenen senkrechten Richtung durchgelassen wird (d. h., in der seitlichen Richtung des Elements). Wenn der äußere Umfang kreisförmig ist, wird ein Hilfswerkzeug benötigt, das es ermöglicht, daß sich das Licht geradlinig ausbreitet, doch wird durch geeignete Auslegung der Halterung des Elements eine automatische Messung ermöglicht. Diese Messung wird als die Messung in der seitlichen Richtung bezeichnet.
Mit Hilfe der verschiedenen oben beschriebenen Wärmebehandlungsmethoden ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich geworden, den Absolutwert des Ausmaßes der Doppelbrechung an der seitlichen Oberfläche des Basismaterials unabhängig von der Kristallorientierung klein zu machen.
Da das Ausmaß der Doppelbrechung in der seitlichen Richtung somit reduziert ist, wird die Kontrolle der intrinsischen Doppelbrechung erleichtert, die auf die Orientierung der Kristallebene zurückzuführen ist. Bei der Erfindung wird nämlich die Doppelbrechung, die auf die thermische Spannung zurückzuführen ist, bei einer Wellenlänge von 633 nm gemessen und kontrolliert. Um jedoch den Effekt der intrinsischen Doppelbrechung präzise zu kontrollieren, der bei einer Wellenlänge, die in einem optischen Element tatsächlich verwendet wird (z. B. 193 nm oder dergleichen) groß wird, ist es äußerst effektiv, das Ausmaß der Doppelbrechung zu minimieren, das bei 633 nm auf die thermische Spannung zurückzuführen ist.
<Beispiel eines Projektionsbelichtungsgerätes>
Als nächstes wird ein Beispiel eines Projektionsbelichtungsgerätes dargestellt, in dem ein optisches Element montiert ist, das durch einen gemäß der Erfindung erhaltenen Fluoridkristall gebildet wird.
Das in 5 gezeigte Projektionsbelichtungsgerät hat einen F₂-Laser (Wellenlänge: 157 nm) als Lichtquelle 11 zur Zufuhr von Beleuchtungslicht im ultravioletten Bereich. Das gleichförmig von der Lichtquelle 11 emittierte Licht beleuchtet durch ein optisches Beleuchtungssystem 12 eine Maske 13, auf der ein vorbestimmtes Muster ausgebildet ist.
Es ist zu bemerken, daß ein oder mehrere Ablenkspiegel zum Ändern des optischen Pfades nach Bedarf im optischen Pfad von der Lichtquelle 11 zu dem optischen Beleuchtungssystem 12 angeordnet sind. Außerdem wird das optische Beleuchtungssystem 12 z. B. durch eine Fliegenaugenlinse, einen internen Reflektionsintegrierer oder dergleichen gebildet und hat ein optisches System einschließlich einer Feldbegrenzung zum Definieren einer Oberflächen-Lichtquelle mit einer vorbestimmten Größe und Form sowie ein feldbegrenztes bildgebendes optisches System oder dergleichen zum Projizieren eines feldbegrenzten Bildes auf die Maske 13. Weiterhin ist der optische Pfad zwischen der Lichtquelle 11 und dem optischen Beleuchtungssystem 12 hermetisch in ein Gehäuse eingeschlossen (nicht gezeigt), und der Raum zwischen der Lichtquelle 11 und dem optischen Element auf der Seite in der Nähe der Maske 13 in dem optischen Beleuchtungssystem 12 ist mit einen Inertgas (Stickstoff, Helium oder dergleichen) ausgefüllt, das für das Belichtungslicht eine niedrige Absorption hat.
Die Maske 13 wird auf einer Maskenbühne 15 mit Hilfe eines Maskenhalters 14 parallel zu der XY-Ebene gehalten. Ein zu übertragendes Muster ist auf der Maske 13 ausgebildet worden, und von dem gesamten Musterbereich wird ein schlitzförmiger Musterbereich beleuchtet, der eine lange Seite längs der Y-Achse und eine kurze Seite längs der X-Achse hat.
Die Maskenbühne 15 ist zweidimensional längs der Maskenoberfläche (XY-Ebene) bewegbar, und ihre Positionskoordinaten sind mit Hilfe eines Interferometers 17 unter Verwendung eines Maskenbewegungsspiegels 16 zu messen und zu steuern.
Die Maske 13, der Maskenhalter 14 und die Maskenbühne 15, die so zwischen dem optischen Beleuchtungssystem 12 und einen optischen Projektionssystem 18 angeordnet sind, sind in einem Gehäuse untergebracht (nicht gezeigt), und das Innere des Gehäuses ist mit einem Inertgas (Stickstoff, Helium oder dergleichen) gefüllt.
Das Licht von dem auf der Maske 13 gebildeten Muster bildet ein Maskenmusterbild auf einem Wafer 19, d. h., einem fotoempfindlichen Substrat, durch das katadioptrische optische Projektionssystem 18. Der Wafer 19 wird mit Hilfe eines Wafer-Halters 20 parallel zu der XY-Ebene auf einer Waferbühne 21 gehalten. Weiterhin wird auf dem Wafer 19 ein Musterbild gebildet, in einem schlitzförmigen belichteten Bereich mit einer langen Seite längs der Y-Achse und einer kurzen Seite längs der X-Achse, so daß es optisch dem schlitzförmigen beleuchteten Gebiet auf der Maske 13 entspricht. Die Waferbühne 21 ist zweidimensional längs der Waferoberfläche (XY-Ebene) bewegbar, und ihre Positionskoordinaten sind mit einem Interferometer 23 unter Verwendung eines Waferbewegungsspiegels 22 zu messen und zu steuern.
Der Wafer 19, der Waferhalter 20 und die Waferbühne 21 sind in einem Gehäuse untergebracht (nicht gezeigt), und das Innere des Gehäuses ist mit einem Inertgas gefüllt (Stickstoff, Helium oder dergleichen).
So wird in dem in 5 gezeigten Projektionsbelichtungsgerät in dem gesamten Bereich des optischen Pfades von der Lichtquelle 11 zur Wafer 19 eine Atmosphäre gebildet, in der die Absorption des Belichtungslichts unterdrückt ist.
Weiterhin sind die Formen des durch das optische Projektionssystem 18 gebildeten beleuchteten Bereichs (Feldbereich) der Maske 23 und des Projektionsbereiches (belichteter Bereich) auf dem Wafer 19 schlitzförmig mit der kurzen Seite längs der X-Achse. Wenn die Maskenbühne 15 und die Waferbühne 21, oder zusammen mit der Maske 13 und dem Wafer 19, synchron längs der Richtung der kurzen Seite (Richtung der X-Achse) des schlitzförmigen beleuchteten Bereiches und des belichteten Bereiches bewegt werden, während die Position der Maske 13 und des Wafers 19 mit Hilfe eines Antriebssystems, der Interferometer 17 und 23 und dergleichen gesteuert werden, wird somit eine Abtastung und Belichtung des Wafers 19 in bezug auf die Region ausgeführt, die eine Breite gleich der langen Seite des belichteten Bereiches und eine Länge entsprechend dem Ausmaß der Abtastung (Ausmaß der Bewegung) des Wafers 19 hat.
Dann ist es zweckmäßig als optische Elemente (Linsen, Prismen und dergleichen), die das optische Beleuchtungssystem 12 und das optische Projektionssystem 18 bilden, optische Elemente zu verwenden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung der Kontrolle von zwei oder mehr Kristallebenenorientierungen unterzogen werden.
Das in 5 gezeigte Projetktionsbelichtungsgerät ist ein Beispiel, und optische Elemente, die gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, können in verschiedenen Projektionsbelichtungsgeräten eingesetzt werden, etwa solchen, die in US 6 341 007 B1 beschrieben werden.
Beispiel des optischen Projektionssystems
In 6 hat das optische Projektionssystem ein erstes bildgebendes optisches System G1 des katadioptrischen Typs zur Bildung eines Zwischenbildes eines Musters auf einem Retikel R, das als eine Vorlagenplatte für die Projektion dient, sowie ein zweites bildgebendes optisches System G2 eines Refraktionstyps, mit dem das durch das erste bildgebende optische System G1 erzeugte Zwischenbild erneut auf einem das Werkstück bildenden Wafer W erzeugt werden kann.
Auf einer optischen Achse AX1 ist ein Ablenkelement für den optischen Pfad angeordnet, das einen Ablenkspiegel 31 zur Ablenkung des optischen Pfades aufweist, mit einer Reflektionsfläche S1 zum Ablenken des optischen Pfades um 90° von dem Retikel R in Richtung auf das erste bildgebende optische System G1, und eine zweite Reflektionsfläche S2 zum Ablenken des optischen Pfades um 90° von dem ersten bildgebenen optischen System G1 in Richtung auf das zweite bildgebende optische System G2.
Das das erste bildgebende optische System G1 hat mehrere Linsenkomponenten und einen konkaven Spiegel, die längs des optischen Pfades AX1 angeordnet sind, und bildet ein Zwischenbild mit einem im wesentlichen gleichen Abbildungsverhältnis oder einem leicht verkleinerten Abbildungsverhältnis.
Das das zweite bildgebende optische System G2 hat mehrere Linsenkomponenten a, die auf einem optischen Pfad AX2 senkrecht zu der optischen Achse AX1 angeordnet sind, sowie eine variable Aperturbegrenzung AS zur Steuerung des Kohärenzfaktors, und bildet ein sekundäres Bild mit einer vorbestimmten Verkleinerung auf der Grundlage des Lichts vom Zwischenbild.
Hier ist eine optische Achse AX0 in 6 eine optische Achse, die zwischen dem Retikel R und dem Ablenkspiegel 31 liegt und rechtwinklig zu der optischen Achse AX1 des ersten bildgebenden optischen Systems G1 ist. Die optische Achse AX0 und die optische Achse AX2 können auf einer identischen geraden Linie ausgerichtet sein.
Weiterhin zeigt 6 das optische Projektionssystem mit dem ersten bildgebenden optischen System G1 und dem zweiten bildgebenden optischen System G2, die jeweils mehrere Linsenkomponenten haben, doch kann es sich bei den auf den optischen Achsen AX1 und AX2 angeordneten Linsenkomponenten entweder um eine einzige oder mehrere Linsenkomponenten handeln.
Weiterhin muß der durch die optische Achse AX0 und die optische Achse AX1 gebildet Winkel nicht notwendigerweise 90° sein, sondern er kann ein Winkel sein, der z. B. dadurch erhalten wird, daß der konkave Spiegel CN im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Dabei ist es zweckmäßig, den Winkel der Ablenkung der optischen Achse durch eine reflektierende Oberfläche S2 so einzustellen, daß das Retikel R und der Wafer W parallel liegen.
Außerdem ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, ein optisches Projektionssystem zu verwenden, daß zwei Reflektionsspiegel 31 und 32 aufweist, wie in 7 gezeigt ist.
Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung auch möglich, ein optisches Projektionssystem zu verwenden, das die in 8 gezeigte Konfiguration hat.
In 8 hat das optische Projektionssystem das erste bildgebende optische System G1 des katadioptrischen Typs zur Erzeugung eines Zwischenbildes des Musters auf dem Retikel R, das als Vorlagenplatte für die Projektion dient. Ein erster Ablenkspiegel 31 zur Ablenkung des optischen Pfades ist in der Nähe eines ersten Zwischenbildes angeordnet, das durch das erste optische Illuminationssystem G1 gebildet wird. Der auf das erste Zwischenbild gerichtete Lichtstrahl oder der Lichtstrahl vom ersten Zwischenbild wird durch den ersten Ablenkspiegel 31 in Richtung auf das zweite optische Illuminationssystem G2 abgelenkt. Das zweite optische Illuminationssystem G2 hat den konkaven Reflektionsspiegel CM und wenigstens eine negative Linse 33 und erzeugt ein zweites Zwischenbild (ein Bild des ersten Zwischenbildes und ein sekundäres Bild des Musters) mit einem Abbildungsverhältnis, das dem des ersten Zwischenbildes im wesentlichen gleich ist, auf der Grundlage des Lichtstrahls vom dem ersten Zwischenbild.
Ein zweiter Ablenkspiegel 32 zur Ablenkung des optischen Pfades ist in der Nähe der Position für die Erzeugung des zweiten Zwischenbildes angeordnet, das durch das zweite optische Illuminationssystem G2 erzeugt wird. Der auf das zweite Zwischenbild gerichtete Lichtstrahl oder der Lichtstrahl vom zweiten Zwischenbild wird durch den zweiten Ablenkspiegel 32 in Richtung auf eine drittes optisches Illuminationssystem G3 abgelenkt. Es ist zu bemerken, daß die reflektierende Oberfläche des ersten Ablenkspiegels 31 und die reflektierende Oberfläche des zweiten Ablenkspiegels 32 so angeordnet sind, daß sie einander räumlich nicht überlappen.
Das dritte optische Illuminationssystem G3 erzeugt ein verkleinertes Bild (ein Bild des zweiten Zwischenbildes und ein endgültiges Bild des katadioptrischen optischen Systems) des Musters des Retikels R auf dem Wafer W, der als ein Werkstück dient, ein fotoempfindliches Substrat, auf einer zweiten Oberfläche, auf der Grundlage des Lichtstrahls vom zweiten optischen Illuminationssystem.
Die in 6 bis 8 gezeigten optischen Projektionssysteme werden zweckmäßig in Fällen eingesetzt, in denen die Lichtquelle für die Belichtung beispielsweise ein F₂-Laser ist. Wenn dagegen die Lichtquelle für die Belichtung ein ArF-Excimerlaser ist, wird zweckmäßig ein optisches Projektionssystem verwendet, das z. B. eine Linsenkonfiguration hat, wie sie in 9 gezeigt ist.
In 9 sind eine erste Linsengruppe G1 mit positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe G2 mit positiver Brechkraft und eine dritte Linsengruppe G3 mit negativer Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Seite des Retikels R her angeordnet, das als ein erstes Objekt dient. Dieses optische Projektionssystem ist im wesentlichen telezentrisch auf der Objektseite (Seite des Retikels R) und der Bildseite (Seite des Wafers W) und ist verkleinernd. Weiterhin beträgt die numerische Apertur (N. A.) dieses optischen Projektionssystems 0,6, sein Abbildungsverhältnis 1/4, und der Durchmesser des belichteten Bereiches auf der Bildseite ist 30,6.
Wenn das optische Projektionssystem die in 9 gezeigte Linsenkonfiguration hat, wird das Material jeder Linse normalerweise geeignet ausgewählt, um chromatische Aberrationen zu korrigieren. Zum Beispiel kann die Korrektur von chromatischen Aberrationen geeignet dadurch bewirkt werden, daß Silika-Glas als das Material von 14 Linsen L11 bis L114 verwendet wird, die die erste Linsengruppe G1 bilden, Silika-Glas als das Material von vier Linsen L21 bis L24 verwendet wird, die die zweite Linsengruppe G2 bilden, ein Kalziumfluoridkristall als das Material der Linsen L31, L33, L35, L37, L38 und L310 unter den elf Linsen L31 bis L311 verwendet wird, und Silika-Glas als das Material der übrigen fünf Linsen verwendet wird, die die dritte Linsengruppe G3 bilden.
[Beispiel 1]
Ein Block wurde mit Hilfe des Bridgman-Verfahrens hergestellt. Als Rohmaterial wurde ein durch chemische Synthese hergestelltes hochreines Material verwendet. Graphit-Tiegel mit dem darin eingefüllten pulverförmigen Material wurden in einer überlagerten Weise in ein Wachstumsgerät eingesetzt, und das Innere des Wachstumsgerätes wurde unter einer Vakuumatmosphäre 10^–3 bis 10^–4 Pa gehalten. Als nächstes wurde die Temperatur innerhalb des Wachstumsgerätes auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes von Kalziumfluorid erhöht, um das Rohmaterial zu schmelzen, und die Temperatur wurde anschließend auf Zimmertemperatur gesenkt, In diesem Fall wurde eine PID-Regelung ausgeführt, um die zeitlichen Änderungen der Temperatur innerhalb des Wachstumsgerätes zu unterdrücken. Als Fluorierungsmittel wurde Bleifluorid zu diesem pulverförmigen Material zugegeben. Ein so erhaltener halbgeschmolzener Artikel wurde zu einem Kristallwachstumsofen bewegt. und nachdem die Temperatur wieder auf die Schmelztemperatur erhöht worden war, wurde der Tiegel mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,1 bis 5 mm/h in der Kristallwachstumsstufe abgesenkt, so daß Kristallisation allmählich vom unteren Bereich des Tiegels aus stattfinden konnte. Wenn Kristallisation bis zu einem obersten Bereich der Schmelze auftrat, war das Kristallwachstum abgeschlossen, und es wurde unter Vermeidung von Schockkühlung (Quenching) geglüht, so daß der gewachsene Kristall (Block) nicht brach. Als die Temperatur in dem Wachstumsgerät auf ungefähr Zimmertemperatur abgesenkt war, wurde das Gerät zur Atmosphäre geöffnet, und ein Block mit 290 × 300 mm (Durchmesser × Dicke) wurde entnommen.
Bei diesem Kristallwachstum wurde ein griffelförmiger Tiegel hergestellt, dessen Spitzenbereich konisch war, unter Verwendung eines Graphit-Tiegels mit 300 mm Durchmesser. In einem Spitzenbereich des konischen Teils, der sich am unteren Ende des Tiegels befand, wurde ein Keimkristall eingesetzt, um ein Wachstum des Kristalls mit kontrollierter Ebenenorientierung während des Kristallwachstums zu ermöglichen, so daß man einen Einkristall erhielt. Da der entnommene Block sehr große Restspannungen hatte, ließ man die Temperatur des Blockes im Ofen allmählich auf Zimmertemperatur absinken.
Die konische Form (als Konusteil bezeichnet) an der Spitze des so erhaltenen Blockes aus dem Kalziumfluorid-Einkristall sowie sein entgegengesetzter Bereich (als Oberteil bezeichnet) wurden jeweils auf eine Dicke von 30 mm geschnitten (Durchmesser: 290 mm), und die so ausgeschnittenen Teile wurden als Probenteile zur Messung der Ebenenorientierung verwendet. Die Ebenenorientierung des Bereichs des Hauptkörpers wurde abgeschätzt durch Messung der Ebenenorientierung dieser beiden Probenteile. Die Messung der Ebenenorientierung der Probenteile erfolgte nach dem Laue-Verfahren.
Die Ebenenorientierungen von zwei zylindrischen Basismaterialien mit 260 × 50 und 200 × 60, bei denen die Ebenenorientierungen der beiden parallelen Ebenen {111} Ebenen waren, wurden ausgeschnitten, und die Doppelbrechung wurde gemessen. Was die zu messenden Objekte betrifft, wurde die Verteilung der Doppelbrechung der {111} Ebene in der Ebene gemessen, sowie 18 Richtungen in Einheiten von 10° unter Verwendung der <110> Richtung als Bezugsrichtung in Übereinstimmung mit der Orientierung der Kristallebene an der seitlichen Oberfläche, die vorab durch das Laue-Verfahren bestimmt worden war.
Als Resultat der Messung betrug die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an der {111} Kristallebene vor der Wärmebehandlung 10 nm/cm oder mehr. Außerdem, hinsichtlich der seitlichen Richtung, zeigt die <110> Richtung einen Maximalwert von 12 nm/cm. Demgemäß wurde die Wärmebehandlung dieses Basismaterials ausgeführt.
Das zylindrische Basismaterial wurde in ein Wärmebehandlungsgerät eingesetzt, so daß die flachen Oberflächen die Ober- und Unterseite bildeten, und die Wärmebehandlung wurde durch Beheizung mit einer Heizung ausgeführt (erhitzt auf und gehalten bei 1080°C mit anschließendem Glühen). Dabei wurde das Temperaturprofil so eingestellt, daß die Temperaturverteilung im Inneren des Elements sowohl während des Haltens der Temperatur, des Temperaturabfalls und der Strahlungskühlung innerhalb von 0,5°C lag.
Das Wärmebehandlungsgerät war ein Vakuumgerät und war so aufgebaut, daß der Eintritt von Sauerstoff verhindert wurde, der die Trübung des Kalziumfluorids bewirkt. Die äußere Struktur bestand aus rostfreiem Stahl, und eine Heizung und ein Behälter aus Graphit waren im Inneren installiert.
Der Graphitbehälter war einer mit hinreichend großer Kapazität (das 10-fache oder mehr der Kapazität des Basismaterials) im Hinblick auf das Element.
Ungefähr 100 g saures Ammoniumfluorid wurden zusammen mit dem Kalziumfluorid-Element in den Graphitbehälter eingeschlossen. Nachdem das Innere des Ofens mit einer Vakuumpumpe evakuiert worden war, begann der Temperaturanstieg. Die Temperatur wurde erhöht, während der Druck so gesteuert wurde, daß die Temperatur im Ofen auf einem geringen positiven Druck (2 bis 8 kPa) gehalten wurde, die Temperatur wurde dann auf 1080°C gehalten, und das Glühen wurde ausgeführt.
Infolge der oben beschriebenen Wärmebehandlung wurde die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an der {111} Kristallfläche nach der Wärmebehandlung des Kalziumfluorid-Elements 0,8 nm/cm. Außerdem, was die seitliche Richtung betrifft, zeigte die <110> Richtung einen Maximalwert von 2,5 nm/cm. Der Maximalwert dieser Doppelbrechung erfüllt die Anforderungen für ein optisches Linsenelement eines optischen Projektionssystems, das für ein Belichtungssystem verwendet wird. Aus diesem Grund wurde ein optisches Linsenelement unter Verwendung dieses Basismaterials gebildet.
[Beispiel 2]
Ein Block aus einem Kalziumfluorid-Einkristall wurde durch Wachstum nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 erzeugt. Aus diesem Block wurden mehrere zylindrische Elemente so ausgeschnitten, daß die {100} Ebenen die oberen und unteren Ebenen wurden. Die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an den {100} Kristallebenen der ausgeschnittenen Elemente betrug 20 nm/cm oder mehr (vor der Wärmebehandlung). Außerdem zeigte die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung dieses Elements einen Maximalwert von 18 nm/cm in der <110> Richtung. Folglich wurde die Wärmebehandlung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt. Als Resultat dieser Wärmebehandlung wurde die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an den {100} Kristallebenen des Kalziumfluorid-Elements 2,8 nm/cm. Außerdem zeigte die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung einen Maximalwert von 5,9 nm/cm in der <110> Richtung. Der Maximalwert dieser Doppelbrechung erfüllt die Anforderungen als ein optisches Linsenelement eines optischen Projektionssystems, das für ein Belichtungssystem verwendet wird. Aus diesem Grund wurde ein optisches Linsenelement unter Verwendung dieses Basismaterials hergestellt.
[Beispiel 3]
Ein Block aus einem Kalziumfluorid-Einkristall wurde durch Wachstum nach einem ähnlichen Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt. Aus diesem Block wurden mehrere zylindrische Elemente so ausgeschnitten, daß die {100} Ebenen die oberen und unteren Ebenen wurden. Die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an den {100} Kristallebenen der ausgeschnittenen Elemente betrug 20 nm/cm oder mehr (vor der Wärmebehandlung). Außerdem zeigte die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung einen Maximalwert von 18 nm/cm in der <110> Richtung. Folglich wurde die Wärmebehandlung dieses Elements ausgeführt.
Das zylindrische Basismaterial wurde so in das Wärmebehandlungsgerät eingesetzt, daß die flachen Oberflächen die Ober- und Unterseiten wurden, und die Wärmebehandlung wurde durch Beheizen mit einer Heizung ausgeführt (beheizt auf und gehalten bei 1080°C, mit anschließendem Glühen). Das Wärmebehandlungsgerät war ein Vakuumgerät und war so aufgebaut, daß der Eintritt von Sauerstoff verhindert wird, der die Trübung von Kalziumfluorid verursacht. Weiterhin hatte das Wärmbehandlungsgerät ein Leitungssystem, das in der Lage war, ein gasförmiges Fluorierungsmittel einzuleiten und war aus einem sehr korrosionsfestem Material hergestellt. Speziell bestand die äußere Struktur aus rostfreiem Stahl, und eine Heizung und ein Behälter aus Graphit waren im Inneren installiert. Das Kalziumfluorid wurde in diesen Graphitbehälter eingesetzt, und es gab einen Mechanismus zum Drehen dieses Graphitbehälters um die Mitte des Elements, und dieser Graphitbehälter wurde im Bereich von 1 bis 5 min^–1 gedreht.
Als Graphitbehälter wurde einer mit einer im Hinblick auf das Element hinreichend großen Kapazität verwendet (das 10-fache oder mehr der Kapazität des Basismaterials). Ungefähr 100 g saures Ammoniumfluorid wurden zusammen mit dem Kalziumfluorid-Element in den Graphitkontainer eingeschlossen Nachdem das Innere des Ofens mit einer Vakuumpumpe evakuiert worden war, begann der Temperaturanstieg. Die Temperatur wurde erhöht, während der Druck so kontrolliert wurde, daß die Temperatur im Ofen auf einem geringen positiven Druck (2 bis 8 kPa) gehalten wurde, die Temperatur wurde dann auf 1080°C gehalten und das Glühen wurde ausgeführt. Die Wärmebehandlungsbedingungen waren ähnlich wie in Beispiel 1 eingestellt. Infolge dieser Wärmebehandlung wurde die Doppelbrechung in Richtung der optischen Achse an der {100} Kristallebene des Kalziumfluorid-Elements 2,2 nm/cm. Außerdem zeigt die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung einen Maximalwert von 3,4 nm/cm in der <100> Richtung.
[Beispiel 4]
Ein Block aus einem Kalziumfluorid-Einkristall wurde durch Wachstum nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Aus diesem Block wurden mehrere zylindrische Elemente so ausgeschnitten, daß die {111} Ebenen die oberen und unteren Ebenen wurden. Die Doppelbrechung der {111} Orientierung der Kristallebene der ausgeschnittenen Elemente betrug 10 nm/cm oder mehr (vor der Wärmebehandlung). Außerdem zeigt die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung einen Maximalwert von 11 nm/cm in der <110> Richtung. Demgemäß wurde die Wärmebehandlung mit schnellerer Abkühlrate als im Beispiel 1 ausgeführt. Infolge dieses Glühens wurde die Doppelbrechung in Richtung der {111} Kristallebene nach der Wärmebehandlung des Kalziumfluorid-Elements 1,5 nm/cm. Dabei betrug die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung 5,9 nm/cm bei Messungen in einer beliebigen Richtung. Bei der Messung in der <110> Richtung zeigte die Doppelbrechung dagegen einen Maximalwert von 12 nm/cm. Da dieser Maximalwert der Doppelbrechung ungeeignet (reicht normgerecht) für ein optisches Element einer Linse für ein optisches Projektionssystem des Belichtungsgerätes ist, wurde somit dieses Element nicht als ein Material für die Linsenherstellung verwendet. Außerdem zeigte dieses Beispiel, daß, selbst wenn die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung in einer beliebigen Richtung (Winkel) gemessen wird, das Material nicht ausreichend bewertet werden kann.
(Beispiel 5)
Ein Block aus einem Kalziumfluorid-Einkristall wurde durch Wachstum nach einem Verfahren ähnlich Beispiel 1 hergestellt. Aus diesem Block wurden mehrere zylindrische Elemente so ausgeschnitten, daß die {100} Ebenen die oberen und unteren Ebenen wurden. Die Doppelbrechung in der {100} Orientierung der Kristallebene der ausgeschnittenen Elemente betrug 20 nm/cm oder mehr (vor der Wärmebehandlung). Außerdem zeigte die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung einen Maximalwert von 18 nm/cm in der <110> Richtung. Folglich wurde die Wärmebehandlung mit einer schnelleren Abkühlrate als in Beispiel 2 ausgeführt. Infolge dieser Wärmebehandlung wurde die Doppelbrechung in der {100} Orientierung der Kristallebene des Kalziumfluorid-Elements 3,8 nm/cm. Dabei betrug die Doppelbrechung in der seitlichen Richtung 7,5 nm/cm bei Messung in einer beliebigen Richtung. Wenn die Messung jedoch in bezug auf die <110> Richtung ausgeführt wurde, zeigte die Doppelbrechung einen Maximalwert von 15 nm/cm. Da dieser Maximalwert der Doppelbrechung nicht geeignet (nicht normgerecht) für ein optisches Element einer Linse für ein optisches Projektionssystem des Belichtungsgerätes ist, wurde dieses Element nicht als ein Material für die Herstellung der Linse verwendet. Außerdem zeigte sich ebenso wie in Beispiel 4, daß selbst dann, wenn die Messung in der seitlichen Richtung in einer beliebigen Richtung erfolgt, das Material nicht ausreichend bewertet werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Kristallorientierung in der Ebene (seitliche Oberfläche) rechtwinklig zu der optischen Achse vorab bestimmt, und das Ausmaß der Doppelbrechung in einer speziellen Orientierung der Kristallebene wird gemessen und kontrolliert, wodurch es möglich ist, die Auswirkung der auf die thermische Spannung zurückzuführenden Doppelbrechung auf die Eigenschaften des optischen Systems zu minimieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein optisches Element zu schaffen, bei dem die Orientierung der Kristallebenen abseits der Richtung der optischen Achse kontrolliert ist, und es wird möglich, die gewünschten optischen Eigenschaften sicherzustellen. Es ist möglich, ein Belichtungsgerät mit hoher Auflösung zu schaffen durch Konfiguration eines optischen Reproduktionssystems eines Projektionsbelichtungsgerätes, bei dem als Lichtquelle ultraviolette Strahlen etwa eines Exeimerlasers oder eines F₂-Lasers verwendet werdfen, unter Verwendung des so erhaltenen optischen Elements.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall, mit: einem Wachstumsschritt (601) des Wachstums eines Blockes aus einem Fluoridkristall, einem Ausschneidschritt (604) des Ausschneidens eines zylindrischen Basismaterials mit zwei parallelen Flächen, die eine bestimmte Orientierung der Kristallebenen haben, aus dem Block, weiter gekennzeichnet durch: einen Orientierungsbestimmungsschritt (606) der Bestimmung einer Kristallorientierung an einer seitlichen Oberfläche des zylindrischen Basismaterials; einen Doppelbrechungs-Meßschritt (606) der Messung der Doppelbrechung in einer spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche, die auf der Grundlage der in dem Orientierungsbestimmungsschritt bestimmten Kristallorientierung bestimmt wurde, und einen Bewertungsschritt der Bewertung des Fluoridkristalls auf der Grundlage des Resultats der Messung der Doppelbrechung.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall gemäß Anspruch 1, bei dem in dem Orientierungsbestimmungschritt die Kristallorientierung an einer seitlichen Oberfläche bestimmt wird, indem die Doppelbrechung an der seitlichen Oberfläche unter mehreren Winkeln gemessen wird.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall gemäß Anspruch 1, bei dem in dem Bewertungsschritt bestimmt wird, ob ein Maximalwert der Doppelbrechung in der spezifischen Kristallachsenorientierung an der seitlichen Oberfläche bei einer Meßwellenlänge von 633 nm nicht mehr als 10 nm/cm beträgt oder nicht.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall gemäß Anspruch 3, bei dem, wenn der Maximalwert der Doppelbrechung in der spezifischen Kristallachsenrichtung an der seitlichen Oberfläche bei der Meßwellenlänge von 633 nm nicht mehr als 10 nm/cm beträgt, dem Basismaterial die Gestalt eines vorbestimmten optischen Elements gegeben wird.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall, nach Anspruch 3, bei dem die beiden parallelen Flächen {111} Ebenen sind und die spezifische Kristallrichtung an der seitlichen Oberfläche die <110> Richtung ist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Fluoridkristall nach Anspruch 3, bei dem die beiden parallelen Flächen jeweils {100} Ebenen sind und die spezifische Kristallrichtung an der seitlichen Oberfläche die <100> oder die <110> Richtung ist.