JP2000026198A - 単結晶蛍石または単結晶フッ化物の熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光リソグラフィー用光学系のように高精度な
光学系に、特に波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィー
における光学系のように高精度な光学系に、使用できる
高均質な単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）が得られ
る単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置及
び熱処理方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも、単結晶蛍石を収納する第１
容器１２と、内部に単結晶蛍石１３が設置された第１容
器１２を収納した後に密閉されて真空排気される気密化
可能な第２容器１１と、該第２容器１１の外側に配置さ
れたヒーター１４とを有する単結晶蛍石の熱処理装置に
おいて、熱処理時における前記単結晶蛍石１３の内部温
度分布が中心軸対称性を有するように（或いは略中心軸
対称性を有するように）、前記ヒーター１４と前記第１
容器１２及び／または第２容器１１が構成されているこ
とを特徴とする単結晶蛍石の熱処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）をアニールする装置及び方法であ
り、紫外波長または真空紫外波長のレーザを用いた各種
機器（例えばステッパー）、ＣＶＤ装置、及び核融合装
置におけるレンズや窓材等の光学系に用いて好適な、特
に波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィー（例えばＫｒ
Ｆ、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ₂レーザー、非線形光
学結晶の固体レーザーを用いた光リソグラフィー）にお
ける光学系に用いて好適な単結晶蛍石（または単結晶フ
ッ化物）が得られる単結晶蛍石（または単結晶フッ化
物）の熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年におけるＶＬＳＩは高集積化・高機
能化が進行し、ウェハ上の微細加工技術が要求されてい
る。そして、その集積回路の微細パターンをシリコン等
のウエハ上に露光・転写する光リソグラフィーにおいて
は、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられている。

【０００３】この光リソグラフィー技術のかなめである
ステッパーの投影レンズには、高い結像性能（解像度、
焦点深度）が要求されている。解像度と焦点深度は、露
光に用いる光の波長とレンズのＮＡ（開口数）によって
決まる。露光波長λが同一の場合には、細かいパターン
ほど回折光の角度が大きくなるので、レンズのＮＡが大
きくなければ回折光を取り込めなくなる。また、露光波
長λが短いほど、同一パターンにおける回折光の角度は
小さくなるので、レンズのＮＡは小さくてよいことにな
る。

【０００４】解像度と焦点深度は、次式により表され
る。 解像度＝ｋ₁・λ／ＮＡ 焦点深度＝ｋ₂・λ／（ＮＡ）² （ここで、ｋ₁、ｋ₂は比例定数） 上式より、解像度を向上させるためには、レンズのＮＡ
を大きくする（レンズを大口径化する）か、或いは露光
波長λを短くすればよく、またλを短くする方が焦点深
度の点で有利であることがわかる。

【０００５】まず光の短波長化について述べると、露光
波長も次第に短波長となり、ＫｒＦエキシマレーザー光
（波長２４８ｎｍ）を光源とするステッパーも市場に登
場してきている。２５０ｎｍ以下の波長を利用する光リ
ソグラフィー用途として使える光学材料は非常に少な
く、蛍石と石英ガラスの２種類の材料により設計されて
いる。

【０００６】次にレンズの大口径化について述べると、
単に大口径であればよいと言うわけではなく、屈折率の
均質性に優れた単結晶蛍石が要求される。ここで、従来
の単結晶蛍石の製造法（一例）を示す。単結晶蛍石は、
ブリッジマン法（ストックバーガー法、ルツボ降下法）
により製造されている。紫外線領域または真空紫外域に
おいて使用される単結晶蛍石の場合、原料として天然の
蛍石を使用することはなく、化学合成により作製された
高純度原料を使用することが一般的である。

【０００７】単結晶蛍石の製造にあたっては先ず、育成
装置の中に前記原料を充填したルツボを設置し、育成装
置内を10^-3〜10^-4Paの真空雰囲気に保持する。次に、育
成装置内の温度を蛍石の融点以上まで上昇させてルツボ
内の原料を熔融する。この際、育成装置内温度の時間的
変動を抑えるために、定電力出力による制御または高精
度なＰＩＤ制御を行う。

【０００８】結晶育成段階では、０．１〜５mm/h程度の
速度でルツボを引き下げることにより、ルツボの下部か
ら徐々に結晶化させる。熔融最上部まで結晶化したとこ
ろで結晶育成は終了し、育成した結晶（インゴット）が
割れないように徐冷する。育成装置内の温度が室温程度
まで下がったところで、装置を大気解放してインゴット
を取り出す。

【０００９】サイズの小さい光学部品や均質性の要求さ
れない窓材などに用いられる蛍石の場合には、インゴッ
トを切断した後、丸めなどの工程を経て最終製品まで加
工される。これに対して、ステッパーの投影レンズな
ど、高均質が要求される単結晶蛍石の場合には、インゴ
ットのまま簡単な熱処理が行われる。そして、目的の製
品別に適当な大きさに切断加工された後、さらに熱処理
が行われる。

【００１０】蛍石は700℃以上の温度で酸素と反応する
ため、酸素を遮断した雰囲気下において熱処理が行われ
る。この熱処理工程では、単結晶蛍石は熱処理温度で反
応しないカーボンなどの材料により作製された容器に収
納され、その容器ごと真空排気が可能な気密化容器内に
納められる。この気密化容器内で大気と遮断して、適切
な温度スケジュールに従った単結晶蛍石の熱処理が行わ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱処理装置や熱処理方法を用いても、エキシマレーザー
ステッパー用光学系のように高精度な光学系に使用でき
る高均質な単結晶蛍石が得られないという問題点があっ
た。本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであ
り、光リソグラフィー用光学系のように高精度な光学系
に、特に波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィー（例え
ばＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ₂レーザー、非
線形光学結晶の固体レーザーを用いた光リソグラフィ
ー）における光学系のように高精度な光学系に使用でき
る高均質な単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）が得ら
れる単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置
及び熱処理方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
を収納する第１容器と、内部に単結晶蛍石（または単結
晶フッ化物）が設置された第１容器を収納した後に密閉
されて真空排気される気密化可能な第２容器と、該第２
容器の外側に配置されたヒーターとを有する単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）の熱処理装置において、熱処
理時における前記単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
の内部温度分布が中心軸対称性を有するように（或いは
略中心軸対称性を有するように）、前記ヒーターと前記
第１容器及び／または第２容器が構成されていることを
特徴とする単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処
理装置（請求項１）」を提供する。

【００１３】また、本発明は第二に「前記ヒーターが前
記第１容器及び／または第２容器の水平断面の中心位置
（または略中心位置）を中心とする円（または略円）の
円周上に、一体に或いは分割して配置されていることを
特徴とする請求項１記載の単結晶蛍石（または単結晶フ
ッ化物）の熱処理装置（請求項２）」を提供する。ま
た、本発明は第三に「前記第１容器は熱処理対象である
単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）をそれぞれの水平
断面の中心位置（または略中心位置）が一致するように
収納することを特徴とする請求項１または２記載の単結
晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置（請求項
３）」を提供する。

【００１４】また、本発明は第四に「前記単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）、第１容器、第２容器及びヒ
ーターは、それぞれの水平断面の中心位置（または略中
心位置）が一致するように配置されていることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）の熱処理装置（請求項４）」を提供
する。

【００１５】また、本発明は第五に「前記第１容器及び
／または第２容器が熱処理対象である一または二以上の
単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の厚さ以上に相当
する長さを有する円筒形状であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の単結晶蛍石（または単結晶
フッ化物）の熱処理装置（請求項５）」を提供する。ま
た、本発明は第六に「前記ヒーターは前記円（または略
円）の面に垂直な方向に、熱処理対象である一または二
以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の厚さ以上
に相当する長さを有することを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化
物）の熱処理装置（請求項６）」を提供する。

【００１６】また、本発明は第七に「前記ヒーターは、
円筒形状の支持体に等間隔（または略等間隔）に巻き付
けられた線状の発熱体であることを特徴とする請求項６
記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装
置（請求項７）」を提供する。また、本発明は第八に
「前記ヒーターは、前記円（または略円）の円周上に等
間隔（または略等間隔）に分割配置された複数の棒状発
熱体または板状発熱体であることを特徴とする請求項６
記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装
置（請求項８）」を提供する。

【００１７】また、本発明は第九に「前記ヒーターは円
筒形状の発熱体であることを特徴とする請求項６記載の
単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置（請
求項９）」を提供する。また、本発明は第十に「少なく
とも、 一または二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
を収納した第１容器を気密化可能な第２容器内に設置す
る工程と、前記第２容器を密閉する工程と、前記第２容
器内を真空排気する工程と、前記第２容器の外側に設け
られたヒーターにより加熱して、前記第１容器内温度及
び／または第２容器内温度を前記単結晶蛍石（または単
結晶フッ化物）の融点よりも低い所定温度まで昇温させ
る工程と、前記第１容器内温度及び／または第２容器内
温度を前記所定温度に所定の時間、維持する工程と、前
記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を降温す
る工程と、前記第２容器内を大気開放する工程と、を備
えた請求項１〜９のいずれかに記載の熱処理装置を用い
て行う単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理方
法（請求項10）」を提供する。

【００１８】また、本発明は第十一に「少なくとも、 一または二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
とフッ素化剤を収納した第１容器を気密化可能な第２容
器内に設置する工程と、前記第２容器を密閉する工程
と、前記第２容器内を真空排気する工程と、前記第２容
器の外側に設けられたヒーターにより加熱して、第１容
器内温度及び／または第２容器内温度を前記単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）の融点よりも低い所定温度ま
で昇温させるとともに、前記第２容器内をフッ素雰囲気
とする工程と、前記第１容器内温度及び／または第２容
器内温度を前記所定温度に所定の時間、維持する工程
と、前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を
降温する工程と、前記第２容器内を大気開放する工程
と、を備えた請求項１〜９のいずれかに記載の熱処理装
置を用いて行う単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の
熱処理方法（請求項11）」を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】前記高精度な光学系に使用できる
単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）を得るために施す
熱処理においては、使用する熱処理装置の炉内（熱処理
室内）の温度分布を良好に保持して、単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）全体を均一に加熱、冷却させること
ができるか否かが重要なポイントとなる。

【００２０】そして、熱処理対象物（単結晶蛍石または
単結晶フッ化物）の温度分布を均一にするためには、熱
処理装置の構造、構成に十分配慮する必要があるが、そ
の結果、装置が複雑、高価になるおそれがある。ところ
で、屈折率の均質性（測定領域内の屈折率のばらつき）
については、従来、測定領域内の屈折率の最大値と最小
値の差（以下ＰＶ値という）で表され、この値が小さい
ほど屈折率の均質性がよいとされてきた。

【００２１】しかしながら、ＰＶ値が十分に小さい光学
材料を使用して光学部材を構成しても、前記高精度な光
学系には使用できない場合や、逆にＰＶ値が多少大きい
光学材料を使用して光学部材を構成しても、前記高精度
な光学系に使用できる場合がある。そこで、本発明者ら
は、光リソグラフィー用光学系のように高精度な光学系
に用いる光学素子においては、特に波長２５０ｎｍ以下
の光リソグラフィー（例えばＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレ
ーザー、Ｆ₂レーザー、非線形光学結晶の固体レーザー
を用いた光リソグラフィー）における光学系のように高
精度な光学系に用いる光学素子においては、屈折率の中
心軸対称性が非常に重要であることに着目した。

【００２２】即ち、ＰＶ値が多少大きい光学材料でも、
本発明にかかる単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の
ように屈折率の中心軸対称性があれば（屈折率分布が回
転対称であれば）、前記高精度な光学系に使用できるこ
とに本発明者らは着目した。そして、本発明者らは、屈
折率の中心軸対称性が非常に重要となる前記高精度な光
学系の光学素子（例えば投影レンズ等）として使用でき
る単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）を得るために、
熱処理時における単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
中の温度分布（単結晶蛍石または単結晶フッ化物の内部
温度分布）が中心軸対称性を有するようにすることが重
要であることに気がついた。

【００２３】さらに、本発明者らは、熱処理時における
単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の内部温度分布が
中心軸対称性を有するようにするためには、例えば、熱
処理対象物を収納する容器(第１容器)が円筒形状をして
いること、第１容器を収納する気密化容器（第２容器）
が円筒形状をしていること、ヒーターが円筒形状をして
いること、ヒーターが第１容器内の単結晶蛍石（または
単結晶フッ化物）、第１容器、第２容器に対して中心軸
対称性を有するように配置されていること、或いは中心
軸の方向（単結晶蛍石または単結晶フッ化物の厚さ方
向）に十分な均熱となるように、各容器やヒーターがそ
の方向に十分長いこと、という条件（特に、の条件）を
満たすことが重要であることを見いだした。

【００２４】そこで、少なくとも、単結晶蛍石（または
単結晶フッ化物）を収納する第１容器と、内部に単結晶
蛍石（または単結晶フッ化物）が設置された第１容器を
収納した後に密閉されて真空排気される気密化可能な第
２容器と、該第２容器の外側に配置されたヒーターとを
有する本発明（請求項１〜９）にかかる単結晶蛍石（ま
たは単結晶フッ化物）の熱処理装置においては、熱処理
時における前記単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の
内部温度分布が中心軸対称性を有するように（或いは略
中心軸対称性を有するように）、前記ヒーターと前記第
１容器及び／または第２容器を構成することとした。

【００２５】本発明（請求項１〜９）にかかる単結晶蛍
石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置は、かかる構
成を採用したので、装置を複雑、高価にすることなく、
光リソグラフィー用光学系のように高精度な光学系に、
特に波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィー（例えばＫ
ｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ₂レーザー、非線形
光学結晶の固体レーザーを用いた光リソグラフィー）に
おける光学系のように高精度な光学系に使用できる高均
質な単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）を得ることが
できる。

【００２６】ところで、熱処理時における前記単結晶蛍
石または単結晶フッ化物の内部温度分布が中心軸対称性
を有するように（或いは略中心軸対称性を有するよう
に）、前記ヒーターと前記第１容器及び／または第２容
器を構成する上では、前記ヒーターと前記第１容器及び
／または第２容器の構造や位置関係が重要なポイントと
なる。

【００２７】そこで、請求項２記載の発明では、請求項
１記載の発明において、前記ヒーターを前記第１容器及
び／または第２容器の水平断面の中心位置（または略中
心位置）を中心とする円（または略円）の円周上に、一
体に或いは分割して配置することとした。また、請求項
３記載の発明では、請求項１または２記載の発明におい
て、前記第１容器に熱処理対象である単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）をそれぞれの水平断面の中心位置
（または略中心位置）が一致するように収納させること
とした。

【００２８】また、請求項４記載の発明では、請求項１
〜３のいずれかに記載の発明において、前記単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）、第１容器、第２容器及びヒ
ーターを、それぞれの水平断面の中心位置（または略中
心位置）が一致するように配置することとした。また、
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記
載の発明において、前記第１容器及び／または第２容器
を熱処理対象である一または二以上の単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）の厚さ以上に相当する長さを有する
円筒形状にした。

【００２９】また、請求項６記載の発明では、請求項１
〜５のいずれかに記載の発明において、前記ヒーターが
前記円（または略円）の面に垂直な方向に、熱処理対象
である一または二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ
化物）の厚さ以上に相当する長さを有するようにした。
このように、各容器やヒーターが熱処理対象である一ま
たは二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の厚
さ以上に相当する長さを有するようにすると、中心軸の
方向（単結晶蛍石の厚さ方向）にも十分な均熱状態とな
り、特に二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
の厚さ以上に相当する長さを有するようにすると、中心
軸方向に多段配置された複数個の単結晶蛍石（または単
結晶フッ化物）の熱処理を同時に行うことが可能となっ
て生産性が向上するので好ましい。

【００３０】本発明にかかるヒーターとしては、円筒形
状の支持体に等間隔（または略等間隔）に巻き付けられ
た線状の発熱体（請求項７）、前記円（または略円）の
円周上に等間隔（または略等間隔）に分割配置された複
数の棒状発熱体または板状発熱体（請求項８）、または
円筒形状の発熱体（請求項９）を使用することができ
る。

【００３１】具体例としては、ヒーター（発熱体）にニ
クロム線ヒーターを使用し、ヒーター同士が一定間隔と
なるようにして、気密化容器（第２容器）の外周を螺旋
状に取り巻くように気密化容器から等距離に配置したも
の、棒形状の発熱体を使用して発熱体の長手方向を円筒
形状の気密化容器（第２容器）の長手方向と一致させ、
一定間隔に気密化容器外周の全周に気密化容器から等距
離に配置したもの、ヒーター形状を円筒形状の気密化容
器の外周（円周）に沿った形状に特別に製造・加工して
発熱体（例えばカーボン製）としたもの、等を挙げるこ
とができる。

【００３２】また、ヒーターの材質としては、炭化珪
素、窒化珪素、二珪化モリブデン、カーボンなどの材料
が考えられる。本発明（請求項１〜９）にかかる熱処理
装置を用いて、例えば請求項１０、１１に記載の方法に
より単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理を行
うと、光リソグラフィー用光学系のように高精度な光学
系に、特に波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィー（例
えばＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ₂レーザー、
非線形光学結晶の固体レーザーを用いた光リソグラフィ
ー）における光学系のように高精度な光学系に、使用で
きる高均質な単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）が得
られる。

【００３３】なお、前記高精度な光学系に使用できる高
均質な単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）としては、
(1)波面収差のＲＭＳ値がパワー成分の補正後に０．０
１５λ以下であること、(2)波面収差のうち、光軸方向
の非回転対称成分のＲＭＳ値がパワー成分の補正後に
０．００４０λ以下であること、(3)屈折率の傾斜成分
（光軸に垂直な面内における屈折率分布）が±５×１０
^ー6以下であること、が好ましい。

【００３４】従って、本発明にかかる熱処理装置及び熱
処理方法では、前記(1)〜(3)を満たす単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）が得られるように、（ａ）熱処理時
における単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の内部温
度分布の中心軸対称性、（ｂ）ヒーターと第１容器及び
／または第２容器の相対位置（ヒーターの円周上配
置）、（ｃ）第１容器と単結晶蛍石（または単結晶フッ
化物）の各中心位置の一致性、（ｄ）単結晶蛍石（また
は単結晶フッ化物）、第１容器、第２容器及びヒーター
の各中心位置の一致性、等の精度を設定することが好ま
しい。

【００３５】即ち、このように前記精度を設定すると、
装置を複雑、高価にすることなく、光リソグラフィー用
光学系のように高精度な光学系に、特に波長２５０ｎｍ
以下の光リソグラフィー（例えばＫｒＦ、ＡｒＦエキシ
マレーザー、Ｆ₂レーザー、非線形光学結晶の固体レー
ザーを用いた光リソグラフィー）における光学系のよう
に高精度な光学系に、使用できる高均質な（波面収差の
パワー成分補正後のRMS値、及び非回転対称成分のRMS値
が十分小さく、屈折率の均質性に優れた）単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）を得ることができる。

【００３６】ところで、屈折率の均質性を示す従来の前
記ＰＶ値に対して、波面収差のパワー成分補正後のRMS
値や非回転対称成分のRMS値は、光学性能に直接影響を
与える成分のみを表しているため、より確実に光学性能
を保証することができる。また、パワー成分は、曲率半
径の誤差と同一であるため、レンズの曲率により補正可
能であり、またレンズの空気間隔により補正することも
できる。よって、像質に直接影響を及ぼすパワー補正
（除外）後の成分を問題にすべきである。

【００３７】干渉計により測定された波面収差から、こ
のようにパワー成分を除去し、さらに光学系の調整によ
り補正できる傾斜（チルト）成分及びアス成分を除去す
ると、回転対称成分と非回転対称成分を分離して得るこ
とができる。本発明にかかる熱処理の対象物である単結
晶フッ化物としては、単結晶蛍石の他に、フッ化マグネ
シウム、フッ化バリウム、フッ化ネオジム、フッ化リチ
ウム、フッ化ランタン等の単結晶物を挙げることができ
る。

【００３８】本発明にかかる熱処理は、単結晶フッ化物
の酸化を防止するために非酸素雰囲気（真空雰囲気、不
活性ガス雰囲気、フッ素ガス雰囲気等）下で行うことが
好ましい。また、第２容器の耐久性を考慮すると、前記
非酸素雰囲気を不活性ガス雰囲気またはフッ素ガス雰囲
気とし、かつその圧力を容器外の大気圧と等しく（また
は略等しく）することが好ましい。

【００３９】また、本発明（請求項１〜１１）は、単結
晶フッ化物以外の単結晶材料または単結晶部材にも適用
可能である。以下、本発明を実施例により更に具体的に
説明するが、本発明はこの例に限定されるものではな
い。

【００４０】

【実施例】少なくとも、単結晶蛍石を収納する第１容器
（カーボン容器）１２と、内部に単結晶蛍石１３が設置
された第１容器１２を収納した後に密閉されて真空排気
される気密化可能な第２容器（気密化容器）１１と、該
第２容器１１の外側に配置されたヒーター１４と、該ヒ
ーター１４の外側に配置された断熱材１５を有する本実
施例にかかる単結晶蛍石の熱処理装置は、熱処理時にお
ける前記単結晶蛍石の内部温度分布が中心軸対称性を有
するように、前記ヒーター１４と前記第１容器１２及び
第２容器１１が構成されている。

【００４１】具体的には、前記ヒーター１４が前記第１
容器１２及び第２容器１１の水平断面の中心位置を中心
とする円の周上に一体に配置されている。また、第１容
器１２は、熱処理対象である単結晶蛍石１３をそれぞれ
の水平断面の中心位置が一致するように収納する。即
ち、単結晶蛍石１３、第１容器１２、第２容器１１及び
ヒーター１４は、それぞれの水平断面の中心位置が一致
するように配置されている。

【００４２】また、第１容器１２及び第２容器１１は、
熱処理対象である複数の単結晶蛍石１３の厚さ以上に相
当する長さを有する円筒形状を有する。さらに、ヒータ
ー１４は前記円の面に垂直な方向（中心軸方向）に、熱
処理対象である複数の単結晶蛍石１３の厚さよりも大き
い長さを有する。本実施例にかかるヒーター１４として
は、円筒形状の支持体に等間隔に巻き付けられた線状の
発熱体または円筒形状の発熱体を使用することができ
る。

【００４３】図１は、本実施例にかかる熱処理装置の排
気系を省略した装置上面図（概念図）である。大口径単
結晶蛍石の素材（φ220×t52）１３を図１の熱処理装置
を使用して熱処理した。熱処理温度は約1100℃である。
カーボン容器１２の内径は280mm、気密化容器１１の内
径は310mm、ヒーター１４の内径は約350mmである。

【００４４】また、各容器１１、１２及びヒーター１４
の中心軸方向の長さは約1000mmであり、この方向の最も
均熱性の良い部分に３個の単結晶蛍石素材を中心軸方向
に多段配置して、熱処理を行った。このように、各容器
１１、１２及びヒーター１４の中心軸方向の長さを大き
くして、均熱部分をより長くすると、同時に複数個の単
結晶蛍石の熱処理が可能となるので、生産効率を考える
とより好ましい。

【００４５】本実施例にかかる単結晶蛍石の熱処理方法
は、前記熱処理装置を使用して行われ、少なくとも、複
数の単結晶蛍石とフッ素化剤を収納した第１容器（カー
ボン容器）を気密化可能な第２容器（気密化容器）内に
設置する工程と、前記第２容器を密閉する工程と、前記
第２容器内を真空排気する工程と、前記第２容器の外側
に設けられたヒーターにより加熱して、第１容器内温度
及び第２容器内温度を前記単結晶蛍石の融点よりも低い
所定温度まで昇温させるとともに、前記第２容器内をフ
ッ素雰囲気とする工程と、前記第１容器内温度及び第２
容器内温度を前記所定温度に所定の時間、維持する工程
と、前記第１容器内温度及び第２容器内温度を降温する
工程と、前記第２容器内を大気開放する工程と、を備え
ている。

【００４６】即ち、単結晶蛍石の熱処理時には、円筒形
状の気密化容器（第２容器）１１内を真空排気すること
により、気密化容器内部の雰囲気を大気と遮断する。気
密化容器内にはさらにカーボン容器（第１容器）１２が
配置され、熱処理される３個の単結晶蛍石１３はこのカ
ーボン容器内において中心軸方向に多段配置されてい
る。

【００４７】これらの各容器１１、１２及び単結晶蛍石
１３は、それぞれの中心軸が一致するように注意して配
置されている。カーボン容器内には、フッ素化剤として
酸性フッ化アンモニウムも収納する。真空排気により気
密化容器内が10^-1Pa程度以下になったことを確認した
ら、真空排気を終了する。昇温過程でフッ素化剤が気化
し、気密化容器内及びカーボン容器内はフッ素雰囲気と
なる。

【００４８】各容器内の温度が1100℃の定常状態に達し
たら24時間保持する。この高温維持時の温度は、蛍石の
融点に近い温度である1300℃程度が望ましいのである
が、本熱処理装置の耐久性を考慮すると、高温維持時の
温度は1200℃程度以下に抑えておいた方がよい。本実施
例では、第１容器の材質としてカーボンを使用したが、
該容器の材質としては、他に窒化珪素、炭化珪素または
ダイヤモンドを使用することができる。

【００４９】比較のために、図2に示した熱処理装置を
使用して、実施例と同じ工程により熱処理を行った。図
２の熱処理装置は、少なくとも、単結晶蛍石を収納する
第１容器（カーボン容器）２２と、内部に単結晶蛍石２
３が設置された第１容器２２を収納した後に密閉されて
真空排気される気密化可能な第２容器（気密化容器）２
１と、該第２容器２１の外側に配置されたヒーター２４
と、該ヒーター２４の外側に配置された断熱材２５を有
する。

【００５０】図２の熱処理装置は、図１の熱処理装置と
は、ヒーター２４及び断熱材２５の形状が断面が四角形
の筒状である点で異なり、そのため、熱処理時における
前記単結晶蛍石の内部温度分布が中心軸対称性を有しな
い。得られた２種類の単結晶蛍石（実施例品及び比較例
品）について、屈折率均質性を干渉計を用いて測定した
ところ、表１に示すような結果となった。

【００５１】表１の結果から、本実施例の熱処理装置及
び熱処理方法を使用して熱処理した単結晶蛍石（実施例
品）は、屈折率分布、波面収差のパワー成分補正後のRM
S値及び非回転対称成分のRMS値のいずれにおいても十分
小さい値を示し、波長２５０ｎｍ以下の光リソグラフィ
ー（例えばＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ₂レー
ザー、非線形光学結晶の固体レーザーを用いた光リソグ
ラフィー）における光学系のように高精度な光学系に使
用できる高均質性を有することが判った。

【００５２】一方、比較例品は、屈折率分布、波面収差
のパワー成分補正後のRMS値及び非回転対称成分のRMS値
のいずれにおいても、実施例品よりも大きな値を示し、
ステッパー用光学系のように高精度な光学系には使用で
きないことが判った。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる熱
処理装置または熱処理方法を用いて単結晶蛍石（または
単結晶フッ化物）の熱処理を行うと、光リソグラフィー
用光学系のように高精度な光学系に、特に波長２５０ｎ
ｍ以下の光リソグラフィー（例えばＫｒＦ、ＡｒＦエキ
シマレーザー、Ｆ₂レーザー、非線形光学結晶の固体レ
ーザーを用いた光リソグラフィー）における光学系のよ
うに高精度な光学系に、使用できる高均質な単結晶蛍石
（または単結晶フッ化物）が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、実施例にかかる熱処理装置の排気系を省略
した装置概念図（断面図）である。

【図２】は、従来（比較例）の熱処理装置の排気系を省
略した装置概念図（断面図）である。

【符号の説明】

11・・・円筒形状の気密化容器（第２容器の一例） 12・・・カーボン容器（第１容器の一例） 13・・・単結晶蛍石 14・・・ヒーター 15・・・断熱材 21・・・円筒形状の気密化容器 22・・・円筒形状のカーボン容器 23・・・単結晶蛍石 24・・・ヒーター 25・・・断熱材 以上

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、単結晶蛍石（または単結晶
   フッ化物）を収納する第１容器と、内部に単結晶蛍石
   （または単結晶フッ化物）が設置された第１容器を収納
   した後に密閉されて真空排気される気密化可能な第２容
   器と、該第２容器の外側に配置されたヒーターとを有す
   る単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装置に
   おいて、 熱処理時における前記単結晶蛍石（または単結晶フッ化
   物）の内部温度分布が中心軸対称性を有するように（或
   いは略中心軸対称性を有するように）、前記ヒーターと
   前記第１容器及び／または第２容器が構成されているこ
   とを特徴とする単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の
   熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記ヒーターが前記第１容器及び／また
   は第２容器の水平断面の中心位置（または略中心位置）
   を中心とする円（または略円）の円周上に、一体に或い
   は分割して配置されていることを特徴とする請求項１記
   載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１容器は熱処理対象である単結晶
   蛍石（または単結晶フッ化物）をそれぞれの水平断面の
   中心位置（または略中心位置）が一致するように収納す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の単結晶蛍石
   （または単結晶フッ化物）の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記単結晶蛍石（または単結晶フッ化
   物）、第１容器、第２容器及びヒーターは、それぞれの
   水平断面の中心位置（または略中心位置）が一致するよ
   うに配置されていることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の
   熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記第１容器及び／または第２容器が熱
   処理対象である一または二以上の単結晶蛍石（または単
   結晶フッ化物）の厚さ以上に相当する長さを有する円筒
   形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
   記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理装
   置。
6. 【請求項６】 前記ヒーターは前記円（または略円）の
   面に垂直な方向に、熱処理対象である一または二以上の
   単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の厚さ以上に相当
   する長さを有することを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱
   処理装置。
7. 【請求項７】 前記ヒーターは、円筒形状の支持体に等
   間隔（または略等間隔）に巻き付けられた線状の発熱体
   であることを特徴とする請求項６記載の単結晶蛍石（ま
   たは単結晶フッ化物）の熱処理装置。
8. 【請求項８】 前記ヒーターは、前記円（または略円）
   の円周上に等間隔（または略等間隔）に分割配置された
   複数の棒状発熱体または板状発熱体であることを特徴と
   する請求項６記載の単結晶蛍石（または単結晶フッ化
   物）の熱処理装置。
9. 【請求項９】 前記ヒーターは円筒形状の発熱体である
   ことを特徴とする請求項６記載の単結晶蛍石（または単
   結晶フッ化物）の熱処理装置。
10. 【請求項10】 少なくとも、 一または二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
    を収納した第１容器を気密化可能な第２容器内に設置す
    る工程と、 前記第２容器を密閉する工程と、 前記第２容器内を真空排気する工程と、 前記第２容器の外側に設けられたヒーターにより加熱し
    て、前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を
    前記単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の融点よりも
    低い所定温度まで昇温させる工程と、 前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を前記
    所定温度に所定の時間、維持する工程と、 前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を降温
    する工程と、 前記第２容器内を大気開放する工程と、を備えた請求項
    １〜９のいずれかに記載の熱処理装置を用いて行う単結
    晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理方法。
11. 【請求項11】 少なくとも、 一または二以上の単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）
    とフッ素化剤を収納した第１容器を気密化可能な第２容
    器内に設置する工程と、 前記第２容器を密閉する工程と、 前記第２容器内を真空排気する工程と、 前記第２容器の外側に設けられたヒーターにより加熱し
    て、第１容器内温度及び／または第２容器内温度を前記
    単結晶蛍石（または単結晶フッ化物）の融点よりも低い
    所定温度まで昇温させるとともに、前記第２容器内をフ
    ッ素雰囲気とする工程と、 前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を前記
    所定温度に所定の時間、維持する工程と、 前記第１容器内温度及び／または第２容器内温度を降温
    する工程と、 前記第２容器内を大気開放する工程と、を備えた請求項
    １〜９のいずれかに記載の熱処理装置を用いて行う単結
    晶蛍石（または単結晶フッ化物）の熱処理方法。