JP2004315255A - Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device - Google Patents

Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device Download PDF

Info

Publication number
JP2004315255A
JP2004315255A JP2003108654A JP2003108654A JP2004315255A JP 2004315255 A JP2004315255 A JP 2004315255A JP 2003108654 A JP2003108654 A JP 2003108654A JP 2003108654 A JP2003108654 A JP 2003108654A JP 2004315255 A JP2004315255 A JP 2004315255A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluorine
fluoride
crystal
raw material
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003108654A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Ohara
秀樹 尾原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2003108654A priority Critical patent/JP2004315255A/en
Publication of JP2004315255A publication Critical patent/JP2004315255A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a fluoride crystal, by which the amount of impurities mixed in a manufacturing process can be reduced, and the fluoride crystal having excellent internal transmittance can be easily manufactured. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the fluoride crystal, including crystallization processes 6, 2 for forming the crystal by melting a fluoride together with a scavenger and then solidifying, substitution processes 5, 7 for substituting impurities adsorbed on the surface with fluorine by bringing the fluoride into contact with gaseous fluorine at a temperature lower than the melting point of the fluoride are performed, and crystallization processes 6, 2 are performed continuously after the respective substitution processes 5, 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ArFエキシマレーザーやFレーザーを用いた光リソグラフィー装置など、紫外域もしくは真空紫外域の波長の光で用いられる光学系に好適に用いることができるフッ化物結晶を製造する方法、それにより得られるフッ化物結晶、それを用いた装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、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おり、その加工方法として光リソグラフィーによる方法が行われている。この光リソグラフィー技術の要である露光装置の投影レンズには、高い結像性能(解像度、焦点深度)が要求されている。
【0003】
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。
【0005】
解像度=k・λ/NA
焦点深度=k・λ/(NA)
(k,kは比例定数である。)
上式より、解像度を向上させるためには、レンズを大口径化してレンズのNAを大きくするか、露光波長λを短くすればよく、また、λを短くするほうが焦点深度の点で有利であることがわかる。
【0006】
光の短波長化について述べると、現在では露光波長がしだいに短くなり、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)や、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)を光源とする露光装置が市場に登場している。250nm以下の波長で光リソグラフィー用として使える光学材料は非常に少なく、ほとんどの光学系がフッ化物結晶と石英ガラスの2種類の材料で設計されている。
【0007】
また、さらに波長が短くなりFレーザー光(波長157nm)を用いた光リソグラフィーも実用化が進んでいる。この波長では、もはや石英ガラスでも使用が困難と考えられ、使用できる材料はフッ化カルシウムのほかにはフッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウムなど一部のフッ化物結晶に限られる。
【0008】
従来、フッ化物結晶の製造法として一般にブリッジマン法が行われている。通常のブリッジマン法でフッ化物結晶を成長させ、インゴットから目的とする素材サイズに直接切り出すこともあるが、インゴットを複数のブロックに切断後、さらに、熱処理工程を加えて、複屈折や屈折率均質性などの内部品質を向上させる場合もある。
【0009】
一例として、従来のフッ化カルシウム結晶をブリッジマン法(ストックバーガ法、ルツボ降下法)により製造する方法を説明する。なお、その他のフッ化物結晶についても同様の方法で製造が可能である。従来の製造工程を図6に示す。
【0010】
紫外域または真空紫外域において使用されるフッ化カルシウム結晶の場合、原料として天然のフッ化カルシウム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の粉末原料を使用することが一般的である。
【0011】
ここでは、前処理工程1において、粉末原料とスカベンジャと呼ばれるフッ素化材とともに融点以上の温度にして反応させることにより、原料中に含まれる不純物を除去する。同時に、一旦溶融してから、固化させて多結晶バルクをつくることにより、当初の粉末原料に比べて、容積を2分の1から3分の1に減少させて減容化することができ、育成炉への充填量を多くすることが可能となる。
【0012】
なお、下記特許文献1では、スカベンジャを用いることにより、スカベンジャに起因するコンタミネーションが生じるため、スカベンジャの添加量を削減できる粉末原料を製造している。ここでは、酸化性の強いフッ素ガスで二次処理することにより、粉末原料内部に取り込まれた酸化物やカーボン等の不純物を除去している。
【0013】
次に、前処理工程1によって得られた多結晶バルクを育成装置のルツボに充填して中間処理工程2としての単結晶育成工程を行う。育成装置内を10−3〜10−4Pa以上の真空度に保持し、そのまま育成装置内の温度をフッ化カルシウムの融点以上まで上昇させてルツボ内の原料を溶融する。この際、育成装置内温度の時間的変動を最小限に抑えるため、定電力出力による制御または高精度なPID制御を行う。
【0014】
そして、0.1〜5mm/時間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。融液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、急冷を避けて簡単な徐冷を行う。育成装置内の温度が室温程度まで下がったところで、装置を大気開放してインゴットを取り出す。
【0015】
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フッ化カルシウムの場合には、後処理工程3としての加工工程において、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、光リソグラフィー装置の投影レンズなどに用いられ、高均質が要求されるフッ化カルシウム単結晶の場合には、インゴットのまま簡単な熱処理が行われる。そして、加工工程3におい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。
【0016】
こうして得られたフッ化物単結晶素材から所望の性能を満たしたものを光リソグラフィー装置用の光学部材として使用していた。
【0017】
ところで、光リソグラフィー装置の光学系は、解像度を極限まで高めており、各種波面収差の補正のためレンズ枚数が多く、光路長が長い。そのため、光リソグラフィー装置の光学系に用いる光学材料にわずかでも吸収があると、光学系全体では光量の低下の影響が大きくなり、ウエハ面上での照度が不充分となる。例えば、1mの光路長では、透過損失量が0.5%/cmの場合でも、最終的に光の強度は0.995100=0.606つまり61%にまで減少してしまう。そのため、使用される光学部材については、内部透過率は100%/cmに近いほどよい。そのため、下記特許文献2においては、185nm以下の波長で内部透過率が99.5%/cm以上のフッ化カルシウム結晶からなる光リソグラフィー装置が開示されている。
【0018】
さらに、下記特許文献3には、透過率の測定方法とその透過率から材料を選別する方法が開示されている。これまでの製法ではフッ化物結晶のインゴット内には透過率の分布があり、透過率の高いものを得るためにはインゴット内の一部分を選別して使わなければならないという現状が、その特許文献3からわかる。この際、必要とされるフッ化物結晶が少量であれば選別は可能であるが、今後、量産が期待されるFレーザー光を用いたリソグラフィー装置においては、使用する光の波長が157nmと非常に短く、材料として考えられるのはフッ化カルシウムやフッ化バリウムなど一部のフッ化物結晶のみであり、1台のFリソグラフィー装置に必要とされるフッ化物結晶の重量は数10kg〜数100kgという莫大なものになるといわれている。透過率の高い部位を選別するという方法では歩留まりが悪いためFリソグラフィー用フッ化物結晶は高価なものとなり、ひいてはFリソグラフィー装置そのものの価格も非常に高価なものとなってしまう。
【0019】
一方、フッ化物結晶の内部透過率を極限まで向上させたり、歩留りを向上するために、製造工程で混入する不純物を低減させることも考えられる。
【0020】
例えば、下記特許文献4、5では、フッ化物原料の精製工程と単結晶育成工程とを同じ容器で行う提案がなされている。
【0021】
【特許文献1】
特開2002−241196号公報。
【0022】
【特許文献2】
特開2000−227400号公報。
【0023】
【特許文献3】
特開2002−286913号公報。
【0024】
【特許文献4】
特開2001−240497号公報。
【0025】
【特許文献5】
特開2003−2789号公報。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の通り、短波長のレーザ光に対する光学特性はフッ化物結晶中の極微量の不純物によっても低下するものであるため、製造工程で混入する極微量の不純物であっても低減しなければならない。ところが、その不純物量は極微量であり、その量を更に低減することは容易ではない。
【0027】
そのため、上記特許文献4、5では、二つの工程を同じ容器で行うことにより、不純物が混入される機会自体を減らしている。しかし、この特許文献4では、原料粉末が同一重量の結晶に比べて著しく体積が大きいため、得られる結晶に比べて、製造装置やルツボ等の容器が著しく大きくなるという問題点が発生する。
【0028】
具体的に述べると、ルツボ一杯に粉末原料を充填したとしても、最終的に得られる結晶はルツボの半分程度の大きさになり、前処理工程でできた多結晶バルクを育成ルツボに充填しなおす方法に比べて、ルツボ容積に対する生産性が半減してしまう。近年、リソグラフィー用蛍石の大きさは拡大の一途をたどっており、必要とされる直径は最大で250mmを超える。前処理工程と単結晶育成を同一容器内で行う場合、直径250mmを超える大きさの蛍石を生産性よく得るためには巨大なルツボと単結晶育成炉が新たに必要となるのである。従って、大きなフッ化物結晶を製造することは、極めて困難であった。
【0029】
そこで、この発明では、製造工程中に混入される不純物量を低減することができ、優れた内部透過率を有するフッ化物結晶を容易に製造することができるフッ化物結晶の製造方法を提案するとともに、優れた光学特性を有するフッ化物結晶を提供し、併せてそれを用いた装置を提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究・検討を行った結果、原料や中間体の保管段階でフッ化物の原料表面に酸素や水分等の不純物が吸着されると、これがフッ化物単結晶の紫外・真空紫外域の透過率に大きく影響することを見出した。
【0031】
つまり、合成直後の原料は高純度で、その表面は清浄である。例えば、上記特許文献1のように、フッ素ガスにより二次処理を施された原料では、極めて高純度なものとなっている。しかし、このような原料であっても、保管段階でこの原料の周囲に極僅かでも酸素や水分等の不純物が存在すると、この不純物が原料に吸着されてしまい、結晶の育成時にもそのまま或いは酸化物の不純物として残り、最終製品であるフッ化物結晶素材に残留して、初期透過率を低下させる原因となっていた。特に原料が粉末の場合には、表面積が大きいため、不純物を吸着し易いのである。
【0032】
そこで、この発明では、溶融前にフッ化物の表面をフッ素で置換することにより、フッ化物表面に吸着された不純物を、フッ化物を溶融することなく除去することにより、上記目的を達成する。
【0033】
即ち、請求項1に記載の発明は、フッ化物の原料にフッ素含有ガスを接触させることにより、該フッ化物の原料の表面に吸着された不純物をフッ素で置換するフッ素置換工程と、該フッ素置換工程の後、前記原料の表面に再度不純物が吸着される以前に、該フッ素置換された原料をスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより結晶を形成する結晶化工程とを有することを特徴とする。
【0034】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記フッ素置換工程における前記フッ化物の原料は粉末であり、前記結晶化工程は、前記フッ素置換工程で置換された前記原料粉末をスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより結晶バルクを形成する精製減容化工程であることを特徴とする。
【0035】
更に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記フッ素置換工程における前記フッ化物の原料は結晶バルクであり、 前記結晶化工程は、前記フッ素置換工程で置換されたフッ化物の結晶バルクをスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより単結晶を育成する単結晶育成工程であることを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の構成に加え、前記精製減容化工程で形成された前記結晶バルクに、前記フッ素含有ガスを接触させることにより、該結晶バルクの表面に吸着された不純物をフッ素で置換するバルクのフッ素置換工程と、該結晶バルクを溶融及び固化することにより単結晶を育成する単結晶育成工程とを含み、前記バルクのフッ素置換工程の後、前記結晶バルクの表面に再度不純物が吸着される以前に、前記単結晶育成工程を行うことを特徴とする。
【0036】
更に、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一つに記載の構成に加え、前記フッ素置換工程の処理温度より高い温度で、前記原料と前記スカベンジャとを前記結晶化工程で反応させることを特徴とする。
【0037】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか一つに記載の構成に加え、前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有する気体であることを特徴とする。
【0038】
更に、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか一つに記載の構成に加え、前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有するとともに常温で液体として存在する物質から、加熱及び/又は減圧により発生させたガスであることを特徴とする。
【0039】
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか一つに記載の構成に加え、前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有するとともに常温で固体として存在する物質から、加熱及び/又は減圧により発生させたものであることを特徴とする。
【0040】
更に、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8の何れか一つに記載の構成に加え、前記フッ素含有ガスが、フッ素ガスであることを特徴とする。
【0041】
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の構成に加え、前記フッ素含有ガスが、前記フッ素ガスと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする。
【0042】
更に、請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、波長190nm以上250nm以下の内部透過率が99.8%/cm以上であることを特徴とする。
【0043】
また、請求項12に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、波長150nm以上190nm未満の内部透過率が99.5%/cm以上であることを特徴とする。
【0044】
更に、請求項13に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、150nm〜250nmのいずれかの波長のパルスレーザーを、10mJ/cm/pulseの強度で、1×10パルス照射した後の透過率の低下量が0.5%/cm以下であることを特徴とする。
【0045】
また、請求項14に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、インゴット内部の複数の位置の190nm以下の波長での内部透過率の差が0.3%/cm以下であることを特徴とする。
【0046】
更に、請求項15に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶から切り出したフッ化物結晶素材であって、素材内部の複数の位置の190nm以下の波長での内部透過率の差が0.3%/cm以下であることを特徴とする。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【0048】
図1〜4は、この実施の形態の製造工程及び製造装置を示している。
【0049】
この実施の形態においてフッ化物結晶を製造するには、図1に示すように、フッ化物の原料粉末をフッ素置換工程5においてフッ素置換し、次いで、結晶化工程としての精製減容工程6において多結晶バルクを形成し、次に、この多結晶バルクをフッ素置換工程7においてフッ素置換し、そして、結晶化工程としての単結晶育成工程8においてインゴットを形成し、その後、加工工程3においてインゴットから結晶素材を形成することにより製造する。
【0050】
このような製造方法において、使用するフッ化物原料粉末としては、紫外および真空紫外域で使用されるフッ化物結晶を製造する場合、化学合成で得られるフッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム等のフッ化物の高純度原料粉末が一般に用いられる。
【0051】
まず、フッ素置換工程5では、このような原料粉末の表面にフッ素含有ガスを接触させることにより、原料粉末の表面に吸着されている酸素や水分をはじめとする不純物をフッ素で置換する。
【0052】
原料粉末の表面は平坦ではなく、表面に小さな空孔が数多く存在している。また表面自体が荒れた状態になっているため、表面積は非常に大きく、その表面に酸素や水分が吸着している。このようなフッ化物原料粉末をそのまま用いて結晶育成を行うと、フッ化物結晶中には酸素が残留してしまい紫外および真空紫外域での透過率が低くなる。そのため、反応性の高いフッ素含有ガスを原料粉末と接触させることにより、原料粉末の表面に吸着されている酸素分子や水分子等の不純物をフッ素含有ガス分子で置換して除去する。
【0053】
このフッ素置換工程5は、図2に示すような表面処理炉30を用いて行うことができる。
【0054】
表面処理炉30は、真空容器31を備え、この真空容器31に真空ポンプ等が連結された排気口32と、真空容器31にフッ素含有ガスを導入可能なフッ素含有ガス導入口33が接続されている。真空容器31の内部には、断熱材34で囲まれてヒータ35により加熱可能な空間に、原料粉末を充填するルツボ36が配置されている。
【0055】
このような表面処理炉30を用いて原料のフッ素置換工程5を行うには、まず、原料粉末を清浄なカーボン製のルツボ36に充填する。この容器を表面処理炉30内にセットし、内部を真空引きする。真空度が安定したら、内部にフッ素含有ガス導入口33からフッ素含有ガスを導入する。そして、フッ素含有ガスの導入が完了したら、加熱を行い、フッ素含有ガスに応じた処理温度に昇温し、一定温度に保持することにより、原料粉末の表面に吸着されていた不純物をフッ素により置換する。
【0056】
ここで、フッ素含有ガスとしては、Fガスそのもの、FガスにArやHeなどの反応性に乏しい不活性ガスを混合した混合ガス、NF、CF、C、C、ClF、SF、WFなど、構成元素のひとつとしてフッ素を有する気体を用いることができる。このうち、NF、CFは取り扱いが容易であるという理由で好ましく、また、Fガスと不活性ガスとの混合ガスは低温で反応性が高いという理由で好ましい。
【0057】
なお、この気体とともに、或いはこの気体の代りに、構成元素のひとつとしてフッ素を有する固体や液体を気化または分解して生成するガス、さらには、これらのガスを複数混合したガスを用いることができる。
【0058】
ここで構成元素のひとつとしてフッ素を有する固体としては、例えばAgF,CuF,AlF,FeF,MnF,PbF,ZnF,PTFEなど、常温常圧で固体となるフッ素含有物質が挙げられる。このうち、気化する温度が低いという理由で、AgF,PTFE等を用いるのが好ましい。
【0059】
また、構成元素のひとつとしてフッ素を有する液体としては、例えばフッ化水素酸など、常温常圧で液体となるフッ素含有物質が挙げられる。
【0060】
これらの固体或いは液体を用いる場合、温度等をコントロールし、フッ素原子を含む固体または液体の気化または分解を制御できる気体発生装置を、表面処理炉30の外部に設けて、発生したガスをフッ素含有ガス導入口33から導入してもよいし、真空容器31の内部に前記のような固体や液体を設置して内部でガスを発生させてもよい。また、フッ素原子を有する固体または液体の気化または分解温度が、常温〜300℃程度と低い場合には、炉の中に該当する固体または液体を充填する場所を設けておき、原料充填の際、同時に炉の中に該当する固体または液体を配置しておくだけでもよい。
【0061】
このフッ素置換工程5の処理温度は、従来のスカベンジャーによる精製処理のように高温にする必要がない。この工程における加熱は、原料粉末を溶融することが目的ではなく、原料粉末の表面に吸着されている不純物のフッ素による置換反応を促進するための加熱である。そのため1000℃以上にもなるフッ化物結晶の融点以上に温度を上げる必要はない。
【0062】
このフッ素処理温度は、反応性を高めるためには高くしたほうがよいが、フッ素含有ガスとしてとしてFガス、或いはFガスと不活性ガスとの混合ガスを用いる場合、反応性に富むものであるため、炉の耐久性を考慮すると100〜300℃程度とするのが好ましい。また、フッ素含有ガスとして、比較的安定なCFを用いる場合には、700〜800℃程度、同じく比較的安定なNFを用いる場合には、300〜400℃程度とするのが好ましい。
【0063】
また、このフッ素置換工程5は、前記のようなフッ素含有ガスを真空容器31内に導入して行うが、真空容器31内のフッ素含有ガス圧は100〜10000Paとするのが好ましい。
【0064】
次に、精製減容化工程6において、このようにフッ素置換された原料粉末に、フッ素化剤であるスカベンジャを添加して内部に含有されている不純物と反応させるとともに溶融及び固化して多結晶バルクを形成する。
【0065】
原料粉末は、通常、内部にも不純物が混入されて酸化物が含まれている。更に、フッ化物の原料粉末の中に酸化物粉末が不純物として混入していることも多い。このため、フッ素置換工程6で表面の不純物を置換しただけの原料粉末では、そのまま用いて単結晶の育成を行っても、混入された不純物の影響で、得られるフッ化物単結晶が着色し、紫外および真空紫外域で光学部材として用いることはできない。そのため、この精製減容化工程6において、原料粉末を軟化或いは溶融して、内部に含有された酸化物等の不純物をスカベンジャにより反応させ、フッ化物等にして除去することにより、粉末原料の内部も高純度化する。
【0066】
また、この精製減容化工程6では、粉末原料を溶融させて固化することにより、
重量当たりの体積が著しく大きい粉末を重量当たりの体積が小さい多結晶バルクにする。
【0067】
例えば大きなインゴットを形成する場合、多量のフッ化物原料が必要となるが、これを粉末のまま使用するとすれば、その体積は著しく大きくなり、巨大な装置やルツボを用いなければ製造できない。そのため、精製減容化工程6において、体積の小さい結晶バルクを形成すれば、大きなインゴットを形成する場合でも、小さい装置やルツボで製造することができるのである。
【0068】
この精製減容化工程6は、図3に示すような前処理炉10により行うことができる。
【0069】
前処理炉10は、真空容器11を備え、この真空容器11に真空ポンプ等が連結された排気口12が接続されている。真空容器11の内部には、断熱材14で囲まれてヒータ15により加熱可能な空間に、表面処理後の原料粉末を充填するルツボ16が配置されている。また、スカベンジャとしてガスを用いる場合にはガス導入口13が接続されている。
【0070】
まず、表面をフッ素置換した原料粉末にスカベンジャを添加して、ルツボ16に充填し、これを前処理炉10内に配置する。
【0071】
次に、遅い速度で温度を上昇させて、フッ素置換工程5の処理温度より高い温度にする。好ましくは、充分時間をかけてスカベンジャの沸点まで到達させる。昇温時間を長くすると、スカベンジャの融点と沸点の間の温度でフッ化物原料とスカベンジャとを充分に反応させることができるからである。
【0072】
その後、フッ化物の融点以上の温度まで昇温して溶融した後、温度を降下させて融液を固化させる。こうして、不純物が十分に除去されて減容化されたフッ化物の多結晶バルクが得られる。
【0073】
ここでスカベンジャとは、原料粉末中に含有されている不純物と化学反応して取り除く作用を有する添加物質であり、例えば、フッ化鉛、フッ化亜鉛、フッ化銀、フッ化銅などの金属フッ化物, PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ化物の有機化合物,CF、NFなどの気体状のフッ化物、Fガスと不活性ガスの混合ガス、Fガスそのものなどを用いることができる。
【0074】
ここでは、フッ素置換工程5で用いた分子を構成する元素として、フッ素を有する物質と同一のものでもよいが、固体または液体からなるものを用いるのが好ましい。固体または液体からなるスカベンジャを用いれば、前処理炉10に高圧ガス用の設備を設ける必要がなく、また、気体からなるスカベンジャに比べて取り扱いが容易だからである。
【0075】
この発明においては、この精製減容化工程6は、原料粉末のフッ素置換工程5の後に連続的に行う。即ち、フッ素置換工程5後、原料粉末の表面にリーク等により雰囲気中に存在している酸素や水分等の不純物が再度吸着される以前に行われる必要がある。具体的には、ここでは、フッ素置換工程5の後、1日以内に精製減容化工程6を行うのが好適である。なお、不純物が再度吸着される以前として一日以内としているが、不純物の吸着量は保管条件等に応じて変化するため、適宜選択されるのが好ましい。
【0076】
フッ素置換工程5と精製減容化工程6とを連続的に行うには、原料粉末の表面をフッ素置換したのち、表面処理炉30から取り出して、スカベンジャを混合した後、前処理炉10で溶融することも可能であるが、フッ素置換工程5後、続けて原料粉末を溶融することも可能である。
【0077】
その場合、例えば、前処理炉10にガス導入口13を設けることにより、表面処理炉兼前処理炉として使用することができ、原料粉末の表面をフッ素置換した後、引き続き昇温を行い、所定の温度でスカベンジャを導入したり、市販の原料粉末にあらかじめスカベンジャを混合しておいて、低温でのフッ素置換工程5を行った後、引き続き昇温することにより、スカベンジャと反応させ、さらに原料溶融へと進んでも、この発明の効果は十分得られる。
【0078】
このようにして得られた多結晶バルクは、不純物の存在量が十分に低減されているので、高純度のインゴットを形成するためのフッ化物原料として使用することができる。
【0079】
そこで、この実施の形態では、精製減容化工程6により得られた多結晶バルクを用いて、高純度のフッ化物結晶のインゴットを作成する。
【0080】
なお、インゴットを形成するための原料としては、フッ素置換工程5及び精製減容化工程6により得られた多結晶バルク以外にも、適宜使用することが可能であり、例えば、予め形成された多結晶バルクや単結晶バルクを用いることも可能である。
【0081】
インゴットを形成するには、まず、フッ素置換工程7において、多結晶バルクにフッ素含有ガスを接触させて、前記のフッ素置換工程5と同様に、表面に吸着されている酸素や水分等の不純物を置換する。
【0082】
精製減容化工程6から得られる多結晶バルクは十分に不純物が除去されており、また、その表面積も、同重量の原料粉末の表面積と比較すると、遙かに小さいものとなっている。しかし、大きなインゴットを形成する場合、通常、複数の多結晶バルクを用いるため、必要数のバルクが作成されるまでの間に一部の多結晶バルクが長時間保管されることが多く、その際に、雰囲気中の微量の不純物が再度吸着される。この再度吸着された不純物は微量であるが、結晶育成時に残留すると、フッ化物単結晶の紫外および真空紫外域で透過率を下げる原因となる。
【0083】
従って、精製減容化工程6後に、連続的にインゴットを形成する場合には、このフッ素置換工程7は不要である。
【0084】
このフッ素置換工程7は、図2と同様の構成の表面処理炉30により行うことができる。
【0085】
表面処理炉30を用いて多結晶バルクのフッ素置換工程7を行うには、フッ素置換工程5と同様に、まず、単数又は複数の多結晶バルクを清浄なルツボ36に充填し、表面処理炉30内にセットし、内部を真空引きする。 真空度が安定したら、内部にフッ素含有ガスを導入する。
【0086】
このフッ素含有ガスは、原料粉末のフッ素置換に用いたものと同じ分子の構成としてフッ素を有する気体、液体或いは固体を使用することができる。分子の構成元素としてフッ素を有する液体又は固体を用いる場合には、前記と同様にしてガスを発生させて使用することが可能である。
【0087】
そして、フッ素含有ガスの導入が完了したら、加熱を行い、一定温度で保持することにより、多結晶バルクの表面に吸着されていた不純物をフッ素により置換する。この加熱は多結晶バルクを溶融することが目的の昇温ではなく、多結晶バルク表面のフッ素置換反応を促進するための加熱である。そのため、このときのフッ素処理温度は、1000℃以上にもなるフッ化物結晶の融点以上に温度を上げる必要はない。原料粉末を溶融する温度より低い温度でよく、フッ素含有ガスとしてとしてFガス、或いはFガスと不活性ガスとの混合ガスを用いる場合、反応性に富むものであるため、炉の耐久性を考慮すると100〜300℃程度とするのが好ましい。また、フッ素含有ガスとして、比較的安定なCFを用いる場合には、700〜800℃程度、同じく比較的安定なNFを用いる場合には、300〜400℃程度とするのが好ましい。
【0088】
次に、このようにしてフッ素置換された多結晶バルクを用いて、単結晶育成炉20により単結晶育成工程8を行う。
【0089】
この単結晶育成炉20は真空容器21を備え、この真空容器21には真空ポンプ等が連結された排気口22が接続されている。真空容器21の内部には、断熱材24で囲まれてヒータ25が配設された空間内に、多結晶バルクを充填するルツボ26が配設されており、引き下げ棒27により引き下げ可能となっている。
断熱材24で囲まれた空間ではヒータ25により、上部が高温となり下部が低温となる温度勾配を形成できるように構成されている。
【0090】
この単結晶育成工程8は、フッ素置換工程7を行った場合には、フッ素置換工程7の後、連続的に、即ち、原料の多結晶バルクの表面にリーク等により雰囲気中に存在している酸素や水分等の不純物が再度吸着される以前に、行われる必要がある。具体的には、例えば、フッ素置換工程7後、1日以内に精製減容化工程6を行うのが好適である。
【0091】
フッ素置換工程7と単結晶育成工程8とを連続的に行うには、多結晶バルクの表面をフッ素置換した後、表面処理炉30のルツボ36から取り出し、単結晶育成炉20のルツボ26に充填して溶融することにより行ってもよく、多結晶バルクの表面をフッ素置換した後、引き続いて昇温して溶融することも可能である。
その場合、例えば、単結晶育成炉20にガス導入口23を設けることにより、表面処理炉兼単結晶育成炉として使用することができる。
【0092】
図4に示すような単結晶育成炉20を用いて単結晶育成工程8を行うには、まず、清浄なカーボン製のルツボ26に多結晶バルクを充填して、単結晶育成炉20内に配置し、単結晶育成炉20内を真空排気したのち、加熱を開始する。製造するフッ化物の融点以上の温度になったら、融液の均質化を図るため一定時間その状態を保持する。融液が十分均一になったら、垂直ブリッジマン法の場合、ルツボを速度を制御しながら引き下げ棒27により降下させ、インゴット下部から徐々に単結晶を育成する。
【0093】
単結晶の育成が完了したら、単結晶育成炉20内で簡単な熱処理を行い、インゴットを取り出す。このようにして得られたインゴットは完全な単結晶体であるのが望ましいが、実質的に単結晶体として使用可能なものであればよい。
【0094】
そして、インゴットを取り出して、そのままでは残留応力が大きいため、加工工程3において、円盤状に切り出し、アニールを行い、所望の性能のフッ化物結晶素材を得る。
【0095】
以上のようにしてフッ化物を製造すると、精製減容化工程6や単結晶育成工程8において、フッ化物の原料粉末を溶融させる前に、フッ素置換工程5、7で原料粉末の表面に吸着されている不純物を除去するため、表面に存在する不純物が原料粉末の内部に混入されにくい。そのため、表面に吸着されている不純物を除去し易い。
【0096】
また、フッ素置換工程5、7の間、即ち、表面に吸着されている不純物を除去する間は、精製減容化工程6や単結晶育成工程8のようにフッ化物を軟化或いは溶融する必要がなく、低温で処理することができる。そのため、従来のように原料粉末の表面に吸着されていた不純物と内部に混入されていた不純物を全てスカベンジャにより反応させて除去する方法に比べ、不純物の除去に必要な熱量を大幅に少なくすることができる。
【0097】
しかも、精製減容化工程6では、スカベンジャにより原料の内部に存在する不純物だけを集中的に反応させて除去すればよいため、原料粉末の内部に存在する不純物をより確実に除去し易い。
【0098】
また、原料粉末を精製減容化工程6で多結晶バルクにし、この多結晶バルクを用いて単結晶育成工程8を行うため、原料として粉末を用いていても、体積を大幅に小さくしてから単結晶を育成させることができ、単結晶育成炉20やルツボ26を小型化し易いとともに、大きなインゴットを製造し易い。
【0099】
更に、このようにして製造されたフッ化物結晶は、不純物の濃度が極めて低いため、紫外および真空紫外域において透過率・レーザー耐性が高いものとなる。
【0100】
そして、このようなフッ化物結晶を加工して得られるフッ化物結晶素材や、その光学素材を単数或いは複数個光路に配置した光学系、更にはこのような光学系を有する光リソグラフィ装置は、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、Fレーザー光(波長157nm)等、短波長の光の吸収が少なくて、光量の低下を抑えることができる。
【0101】
なお、上記の実施の形態では、単結晶育成工程2において、垂直ブリッジマン法を用いた例について説明したが、垂直温度勾配法(VGF法)、チョクラルスキー法(CZ法)など他の結晶育成法に適用してもその効果が得られることは言うまでもない。また、下記の実施例においても、製造方法を例示するが、この発明は、何らその方法に限定されるものではない。
【0102】
更に、上記の実施の形態では、原料としてフッ化物の粉末を用い、結晶バルクとして多結晶バルクを用いた例について説明したが、これらは特に限定されるものではなく、原料に多結晶や単結晶のフッ化物を用いてもよく、結晶バルクに単結晶のフッ化物を用いることも可能である。
【0103】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
【0104】
実施例1
図2乃至図4に示すような炉を用いて、フッ化カルシウム単結晶を製造した。
【0105】
[フッ素置換工程5]
一般に販売されている高純度の人工合成フッ化カルシウム粉末50kgを、ベーキング済みで清浄なカーボン製のルツボ36に充填した。このルツボ36を図2に示すような表面処理炉30にセットして、オイルフリーのドライ真空ポンプで内部を10−4Torrまで真空排気を行った。
【0106】
真空容器31内に5%F+95%Ar混合ガスを導入し、摂氏150℃まで昇温した。内部が150℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、表面がフッ素化された。
【0107】
その後、内部の温度を室温まで下げた。この段階で粉末の表面に吸着していた酸素・水分などはフッ素で置換されており、次の工程に持ち込む不純物は格段に少ないものとなっていた。
【0108】
[精製減容化工程6]
引き続き一日以内に、図3に示すような前処理炉10を用いて、精製減容化工程6を実施した。表面をフッ素置換した粉末に、スカベンジャであるフッ化鉛粉末1.0mol%を添加し、充分に攪拌して均一に混合した後、ベーキング済みで清浄な内径300mmのカーボン製のルツボ16に装填した。装置内を10−6Torrまで真空排気した後、徐々に昇温した。フッ化カルシウム原料とスカベンジャであるフッ化鉛と充分に反応させるため、1100℃で6時間保持した。
【0109】
この過程において、原料内部に含有している不純物、更に、原料に混入している酸化カルシウムを除去することができる。
【0110】
スカベンジャとの反応を充分に進行させた後、さらに昇温し、フッ化カルシウムの融点である1420℃で24時間保持した。この過程において、原料を溶融し、融液を均質化した。この後、温度を室温まで下げ、原料を固化し、多結晶バルクを形成した。
【0111】
この過程において、フッ化カルシウムの容積は小さくなり、次の単結晶育成炉20のルツボ26に充分な重量の原料を装填できるものとなる。こうして前処理工程を完了して、多結晶バルクを得た。
【0112】
[フッ素置換工程7]
次に、前処理工程でできたフッ化カルシウムの多結晶バルクをベーキング済みで清浄なカーボンのルツボ36に入れた。このルツボ36を表面処理炉30にセットして、オイルフリーのドライ真空ポンプで内部を10−4Torrまで真空排気した。真空容器31内に5%F+95%Ar混合ガスを導入し、摂氏150℃まで昇温した。内部が150℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、多結晶バルク表面がフッ素化された。
【0113】
この後、内部の温度を室温まで下げた。この段階で、多結晶バルクの表面に吸着した酸素・水分などの不純物はフッ素で置換されており、次の工程に持ち込む不純物の量は格段に少ない。
【0114】
[単結晶育成工程8]
引き続き一日以内に、図4に示すような単結晶育成炉20を用いて、垂直ブリッジマン法によるフッ化カルシウム結晶の単結晶育成工程8を実施した。表面をフッ素置換した多結晶バルクを原料バルクとして、ベーキング済みで清浄な内径300mmのカーボン製のルツボ26に収容し、ベーキング済みの単結晶育成炉20に設置した。10−6Torrまで真空排気を行ったら、ヒーターの加熱を行い、昇温を開始した。温度を制御しながら徐々に昇温し、1420℃に達したら24時間維持して融液の均質化を行った。次にカーボンルツボを1mm/Hrの速度で引き下げ、結晶化を行った。融液の全てが結晶化を完了したら、室温まで徐々に降下させた。
【0115】
[加工工程3]
取り出したインゴットから円盤状に素材を切り出し、熱処理炉でアニールを行った。
【0116】
[測定]
インゴットの残りの部分40から、透過率測定用試料として、図5のインゴットの縦断面図に示す位置のフッ化カルシウム結晶の小片A〜Fを6個切り出し、測定用サンプルとして直径30mm、厚さ10mmに加工した。サンプルの紫外域および真空紫外域の透過率、10mJ/cm/pulseのF2レーザーを1×10パルス照射後の真空紫外域の透過率を分光光度計を用いて測定したところ、表1のとおりであった。
【0117】
このフッ化物結晶はインゴット全域に渡って透過率・Fレーザー耐性が高く、光リソグラフィー用光学部材として素材を採取できた。
【0118】
【表1】

Figure 2004315255
【0119】
実施例2
まず、図3に示す前処理炉10にガス導入口13を設けた表面処理炉兼前処理炉を用いて、原料粉末の容積を小さくし、原料粉末中の不純物を除去する前処理工程を行う。
【0120】
[フッ素置換工程5]
一般に販売されている高純度の人工合成フッ化カルシウム粉末50kgをベーキング済みで清浄な内径300mmのカーボン製のルツボ16に充填した。このルツボ16を表面置換と原料溶融を連続的に行うことのできる前処理炉10にセットして、真空ポンプで内部を10−6Torrまで真空排気を行った。
【0121】
真空容器11内にNFガスを導入し、摂氏350℃まで昇温した。内部が350℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、表面がフッ素化される。
【0122】
[精製減容化工程6]
この後、引き続いて10−6 Torrまで真空排気を行ったのち、昇温を行った。フッ化カルシウムの融点よりもやや低い1100℃に達したところで昇温を停止し、スカベンジャとしてNFガスを導入した。
【0123】
原料とスカベンジャであるNFガスとを充分に反応させるため、1100℃で12時間保持した。この過程において、原料内部に含有している不純物、原料に混入している酸化カルシウムを除去することができる。
【0124】
スカベンジャとの反応を充分に進行させた後、さらに昇温し、フッ化カルシウムの融点である1420℃で24時間保持した。この過程において、原料を溶融し、融液を均質化した。
【0125】
この後、温度を室温まで下げ、原料を固化した。この過程において、フッ化カルシウムの容積は小さくなり、単結晶育成炉20のルツボ26に充分な重量の原料を装填できた。こうして前処理工程が完了すると、多結晶のバルク原料を得ることができる。
【0126】
[フッ素置換工程7]
次に、図4の単結晶育成炉20にガス導入口23を設けた表面処理炉兼単結晶育成炉を用いて、フッ素置換工程7と単結晶育成工程8とを連続的に行う。
【0127】
まず、前処理工程でできたフッ化カルシウムの多結晶バルク取り出し、内径300mmのベーキング済みで清浄なカーボン製のルツボ26に入れた。このルツボを表面置換と原料溶融を連続的に行うことのできる単結晶育成炉20にセットして、真空ポンプで内部を10−6 Torrまで真空排気をした。真空容器21内にNFのガスを導入し、摂氏350℃まで昇温した。内部が350℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、表面がフッ素化された。
【0128】
[単結晶育成工程8]
この後、引き続いて10−6 Torrまで真空排気を行ったのち、昇温を行った。温度を制御しながら徐々に昇温し、1420℃に達したら24時間維持して融液の均質化を行った。次にカーボンルツボを1mm/Hrの速度で引き下げ、結晶化を行った。融液の全てが結晶化を完了したら、室温まで徐々に降下させた。
【0129】
[加工工程3]
取り出したインゴットから円盤状に素材を切り出し、熱処理炉でアニールを行った。
【0130】
[測定]
また、インゴットの残りの部分から、透過率測定用試料として、図5に示す位置のフッ化カルシウム単結晶の小片を6個切り出し、測定用サンプルとして直径30mm、厚さ10mmに加工した。サンプルの紫外域および真空紫外域の透過率、10mJ/cm/pulseのFレーザーを1×10パルス照射後の真空紫外域の透過率を分光光度計を用いて測定したところ、表2のとおりであった。
【0131】
このフッ化物結晶はインゴット全域に渡って透過率・Fレーザー耐性が高く、光リソグラフィー用光学部材として素材を採取できる。
【0132】
【表2】
Figure 2004315255
【0133】
実施例3
まず、図3に示す前処理炉10にガス導入口13を設けた表面処理炉兼前処理炉を用いて、原料粉末の容積を小さくし、原料粉末中の不純物を除去する前処理工程を行う。
【0134】
[フッ素置換工程5]
一般に販売されている高純度の人工合成フッ化カルシウム粉末50kgをベーキング済みで清浄な内径300mmのカーボン製のルツボ16に充填した。このルツボ16を表面置換と原料熔解を連続的に行うことのできる前処理炉10にセットして、真空ポンプで内部を10−6 Torrまで真空排気を行った。
【0135】
真空容器11内にCFガスを導入し、摂氏700℃まで昇温した。内部が700℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、表面がフッ素化される。
【0136】
[精製減容化工程]
この後、引き続いて10−6 Torrまで真空排気を行ったのち、昇温を行った。フッ化カルシウムの融点よりもやや低い1100℃に達したところで昇温を停止し、スカベンジャとしてCFガスを導入した。
【0137】
原料とスカベンジャであるCFガスとを充分に反応させるため、1100℃で12時間保持した。この過程において、原料内部に含有している不純物、原料に混入している酸化カルシウムを除去することができた。
【0138】
スカベンジャとの反応を充分に進行させた後、さらに昇温し、フッ化カルシウムの融点である1420℃で24時間保持した。この過程において、原料を溶融し、融液を均質化できた。この後、温度を室温まで下げ、原料を固化した。この過程において、フッ化カルシウムの容積は小さくなり、単結晶育成炉20のルツボ26に充分な重量の原料を装填できる。こうして前処理工程が完了すると、多結晶のバルク原料を得ることができた。
【0139】
[フッ素置換工程7]
次に、図4の単結晶育成炉20にガス導入口23を設けた表面処理炉兼単結晶育成炉を用いて、フッ素置換工程7と単結晶育成工程8とを連続的に行う。
【0140】
まず、前処理工程でできたフッ化カルシウムの多結晶バルクを取り出し、別の内径300mmのベーキング済みで清浄なカーボン製のルツボ26に入れた。このルツボを表面置換と原料溶融を連続的に行うことのできる単結晶育成炉20にセットして、真空ポンプで内部を10−6 Torrまで真空排気をした。真空容器21内にCFのガスを導入し、摂氏700℃まで昇温した。内部が700℃になった状態で5時間保持した。この過程で表面に吸着している酸素とフッ素との置換が行われ、表面がフッ素化された。
【0141】
[単結晶育成工程8]
この後、引き続いて10−6 Torrまで真空排気を行ったのち、昇温を行った。
【0142】
温度を制御しながら徐々に昇温し、1420℃に達したら24時間維持して融液の均質化を行った。次にカーボン製のルツボ26を1mm/Hrの速度で引き下げ、結晶化を行った。融液の全てが結晶化を完了したら、室温まで徐々に降下させた。
【0143】
[加工工程3]
取り出したインゴットから円盤状に素材を切り出し、熱処理炉でアニールを行った。
【0144】
[測定]
また、インゴットの残りの部分から、透過率測定用試料として、図5に示す位置のフッ化カルシウム単結晶の小片を6個切り出し、測定用サンプルとして直径30mm、厚さ10mmに加工した。サンプルの紫外域および真空紫外域の透過率、10mJ/cm/pulseのFレーザーを1×10パルス照射後の真空紫外域の透過率を分光光度計を用いて測定したところ、表4のとおりであった。
【0145】
このフッ化物結晶はインゴット全域に渡って透過率・Fレーザー耐性が高く、光リソグラフィー用光学部材として素材を採取できる。
【0146】
【表3】
Figure 2004315255
【0147】
比較例
比較例として、従来の方法によるフッ化物単結晶の製造例を以下に示す。
【0148】
[前処理工程1]
まず、原料粉末の容積を小さくし、原料粉末中の不純物を除去する前処理工程を行った。
【0149】
一般に販売されている高純度の人工合成フッ化カルシウム粉末50kgにスカベンジャとしてフッ化鉛粉末を1mol/%を混合し、よく撹拌した後、ベーキング済みで清浄な内径300mmのカーボン製の前処理ルツボに充填した。このルツボを前処理炉にセットして、真空ポンプで内部を10−6 Torrまで真空排気を行った。
【0150】
原料とスカベンジャであるPbFとを充分に反応させるため、1100℃で6時間保持した。この過程において、原料内部に含有している不純物、原料に混入している酸化カルシウムを除去することができる。
【0151】
スカベンジャとの反応を充分に進行させた後、さらに昇温し、フッ化カルシウムの融点である1420℃で24時間保持した。この過程において、原料を溶融し、融液を均質化できる。この後、温度を室温まで下げ、原料を固化した。この過程において、フッ化カルシウムの容積は小さくなり、育成ルツボに充分な重量の原料を充填できる。こうして前処理工程が完了すると、多結晶のバルク原料を得ることができる。
【0152】
[単結晶育成工程2]
次に、前処理工程でできたフッ化カルシウムの多結晶バルクを取り出し、別の内径300mmのベーキング済みで清浄なカーボン製の育成ルツボに入れた。このルツボを育成炉にセットして、真空ポンプで内部を10−6 Torrまで真空排気をした。
【0153】
温度を制御しながら徐々に昇温し、1420℃に達したら24時間維持して融液の均質化を行った。次にカーボンルツボを1mm/Hrの速度で引き下げ、結晶化を行った。融液の全てが結晶化を完了したら、室温まで徐々に降下させた。
【0154】
[加工工程3]
取り出したインゴットから円盤状に素材を切り出し、熱処理炉でアニールを行った。
【0155】
[測定]
また、インゴットの残りの部分から、透過率測定用試料として、図5に示す位置のフッ化カルシウム単結晶の小片を6個切り出し、測定用サンプルとして直径30mm、厚さ10mmに加工した。サンプルの紫外域および真空紫外域の透過率、10mJ/cm/pulseのF2レーザーを1×10パルス照射後の真空紫外域の透過率を分光光度計を用いて測定したところ、表4のとおりであった。
【0156】
このフッ化物結晶はインゴット内に透過率・Fレーザー耐性の分布が大きく、光リソグラフィー用光学部材としては、一部から少量を採取できるのみであった。
【0157】
【表4】
Figure 2004315255
【0158】
【発明の効果】
以上詳述の通り、請求項1乃至3に記載の発明によれば、フッ化物の原料にフッ素含有ガスを接触させることにより、フッ化物の原料の表面に吸着された不純物をフッ素で置換するフッ素置換工程と、このフッ素置換工程の後、原料の表面に再度不純物が吸着される以前に、原料をスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより結晶を形成する結晶化工程とを有するので、結晶化工程でフッ化物の原料を溶融させる前に、フッ素置換工程で原料の表面に吸着されている不純物を除去するため、表面に存在する不純物が内部に混入しにくく、不純物の除去が容易である。
【0159】
また、従来のように、表面から内部に混入された不純物を除去しようとすると、フッ化物を溶融させるのに大きな熱量を必要とするのに対し、この発明では別工程でまず表面のみの不純物を除去するようにしており、表面の不純物を除去する間はフッ化物を軟化或いは溶融する必要がないため、不純物を除去するために必要な熱量を従来に比べて大幅に少なくすることができる。しかも、結晶化工程では、スカベンジャにより原料の内部に存在する不純物だけを除去すればよく、内部に存在する不純物を除去し易い。そのため、優れた内部透過率を有するフッ化物結晶を製造し易い。
【0160】
また、請求項4に記載の発明によれば、精製減容化工程で形成された結晶バルクを用いて単結晶の育成を行うので、原料として粉末を用いていても、精製減容化工程により、原料粉末より体積を大幅に小さくしてから単結晶育成工程を行うことができ、製造に使用する装置やルツボの小型化を図り易く、大きなインゴットを製造し易い。
【0161】
更に、請求項5に記載の発明によれば、フッ素置換工程の処理温度より高い温度で、原料とスカベンジャとを結晶化工程で反応させるので、原料表面に吸着された不純物を除去する間、より確実に低い温度にすることができ、原料の不純物を除去するために必要な熱量をより確実に少なくすることができる。
【0162】
また、請求項6乃至10に記載の発明によれば、各種のフッ素含有ガスを用いてフッ化物の原料の不純物をフッ素置換することができるので、より、容易に優れた内部透過率を有するフッ化物結晶が得られる。
【0163】
更に、請求項11乃至15に記載のフッ化物結晶によれば、紫外および真空紫外域において透過率・レーザー耐性の高いフッ化物結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のフッ化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。
【図2】本発明の実施の形態のフッ化物結晶の製造方法に使用する表面処理炉の概略断面図である。
【図3】本発明の実施の形態のフッ化物結晶の製造方法に使用する前処理炉の概略断面図である。
【図4】本発明の実施の形態のフッ化物結晶の製造方法に使用する単結晶育成炉の概略断面図である。
【図5】実施例で製造したインゴットの縦断面図である。
【図6】従来の製造方法によるフッ化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 前処理炉
11、21、31 真空容器
16、26、36 ルツボ
20 単結晶育成炉
30 表面処理炉[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ArF excimer laser or F2A method for producing a fluoride crystal that can be suitably used in an optical system used for light having a wavelength in the ultraviolet or vacuum ultraviolet region, such as a photolithography apparatus using a laser, and a fluoride crystal obtained by using the same. Related devices.
[0002]
[Prior art]
In recent years, VLSIs have become highly integrated and highly functional, and fine processing technology on wafers has been required. As a processing method, a method using optical lithography has been used. The projection lens of the exposure apparatus, which is the key to this optical lithography technique, is required to have high imaging performance (resolution and depth of focus).
[0003]
Resolution and depth of focus are determined by the wavelength of light used for exposure and the NA (numerical aperture) of the lens. When the exposure wavelength λ is the same, the angle of the diffracted light becomes larger as the pattern becomes finer, so that the diffracted light cannot be taken unless the NA of the lens is large. Further, the shorter the exposure wavelength λ, the smaller the angle of the diffracted light in the same pattern, and thus the smaller the NA of the lens.
[0004]
The resolution and the depth of focus are expressed by the following equations.
[0005]
Resolution = k1・ Λ / NA
Depth of focus = k2・ Λ / (NA)2
(K1, K2Is a proportionality constant. )
From the above formula, in order to improve the resolution, it is only necessary to increase the lens diameter and increase the NA of the lens or shorten the exposure wavelength λ, and it is more advantageous to shorten λ in terms of the depth of focus. You can see that.
[0006]
In terms of shortening the wavelength of light, the exposure wavelength is becoming shorter and shorter, and an exposure apparatus using a KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or an ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) as a light source has appeared on the market. . Very few optical materials can be used for photolithography at wavelengths below 250 nm, and most optical systems are designed with two types of materials: fluoride crystals and quartz glass.
[0007]
Further, the wavelength is further shortened and F2Optical lithography using laser light (wavelength: 157 nm) is also in practical use. At this wavelength, it is considered difficult to use quartz glass anymore, and the usable materials are limited to some fluoride crystals such as strontium fluoride, barium fluoride and lithium fluoride in addition to calcium fluoride.
[0008]
Conventionally, the Bridgman method is generally performed as a method for producing a fluoride crystal. In some cases, fluoride crystals are grown by the usual Bridgman method and cut directly from the ingot to the target material size.However, after cutting the ingot into multiple blocks, a heat treatment step is added, and birefringence and refractive index are added. In some cases, internal quality such as homogeneity is improved.
[0009]
As an example, a method for producing a conventional calcium fluoride crystal by the Bridgman method (Stockberger method, crucible descent method) will be described. Note that other fluoride crystals can be manufactured in the same manner. FIG. 6 shows a conventional manufacturing process.
[0010]
In the case of calcium fluoride crystals used in the ultraviolet region or vacuum ultraviolet region, natural calcium fluoride is not used as a raw material, and it is common to use a high-purity powder raw material produced by chemical synthesis. is there.
[0011]
Here, in the pretreatment step 1, impurities contained in the raw material are removed by reacting the raw material with a fluorinated material called a scavenger at a temperature not lower than the melting point. At the same time, once melted and then solidified to form a polycrystalline bulk, the volume can be reduced by a factor of 2 to 3 compared to the original powder raw material, It is possible to increase the filling amount in the growth furnace.
[0012]
In Patent Document 1, the use of a scavenger causes contamination caused by the scavenger, so that a powder raw material capable of reducing the amount of the scavenger to be added is manufactured. Here, impurities such as oxides and carbon taken in the powder raw material are removed by a secondary treatment with a highly oxidizing fluorine gas.
[0013]
Next, the polycrystalline bulk obtained in the pretreatment step 1 is filled in a crucible of a growth apparatus, and a single crystal growth step as an intermediate treatment step 2 is performed. 10 in the growing device-3-10-4The temperature in the growing apparatus is maintained at a degree of vacuum of Pa or higher, and the raw material in the crucible is melted by raising the temperature in the growing apparatus to the melting point of calcium fluoride or higher. At this time, in order to minimize temporal fluctuations in the temperature inside the growing apparatus, control using a constant power output or highly accurate PID control is performed.
[0014]
Then, by lowering the crucible at a speed of about 0.1 to 5 mm / hour, the crystal is gradually crystallized from the lower part of the crucible. When the crystal is crystallized to the uppermost part of the melt, the crystal growth is completed, and simple slow cooling is performed avoiding rapid cooling so that the grown crystal (ingot) is not broken. When the temperature in the growing device has dropped to about room temperature, the device is opened to the atmosphere and the ingot is taken out.
[0015]
In the case of calcium fluoride used for small-sized optical parts and window materials that do not require homogeneity, in the processing step as post-processing step 3, after cutting the ingot, round it to a final product, etc. Processed. On the other hand, in the case of a calcium fluoride single crystal that is used for a projection lens of an optical lithography apparatus and requires high homogeneity, a simple heat treatment is performed in an ingot. Then, after being cut into an appropriate size for each target product in the processing step 3, further heat treatment is performed.
[0016]
A material satisfying desired performance among the thus obtained fluoride single crystal materials has been used as an optical member for an optical lithography apparatus.
[0017]
By the way, the optical system of the optical lithography apparatus has the highest resolution, the number of lenses is large for correcting various wavefront aberrations, and the optical path length is long. Therefore, if the optical material used in the optical system of the optical lithography apparatus absorbs even a small amount, the effect of a decrease in the amount of light becomes large in the entire optical system, and the illuminance on the wafer surface becomes insufficient. For example, with an optical path length of 1 m, even if the transmission loss is 0.5% / cm, the light intensity finally becomes 0.995.100= 0.606, that is, 61%. Therefore, as for the optical member to be used, the internal transmittance is better as close to 100% / cm. Therefore, Patent Literature 2 below discloses an optical lithography apparatus including a calcium fluoride crystal having a wavelength of 185 nm or less and an internal transmittance of 99.5% / cm or more.
[0018]
Further, Patent Document 3 below discloses a method of measuring transmittance and a method of selecting a material from the transmittance. In the conventional manufacturing method, there is a distribution of transmittance in the ingot of the fluoride crystal, and in order to obtain a high transmittance, a part of the ingot must be selected and used. Understand from. At this time, if the required amount of the fluoride crystal is small, it is possible to sort, but F is expected to be mass-produced in the future.2In a lithography apparatus using laser light, the wavelength of the light used is as short as 157 nm, and only a part of fluoride crystals such as calcium fluoride and barium fluoride can be considered as a material.2It is said that the weight of a fluoride crystal required for a lithography apparatus is enormous, several tens kg to several hundred kg. In the method of selecting a portion having high transmittance, the yield is poor,2Fluoride crystals for lithography are expensive, and2The price of the lithography apparatus itself is also very expensive.
[0019]
On the other hand, in order to improve the internal transmittance of the fluoride crystal to the utmost or to improve the yield, it is conceivable to reduce impurities mixed in the manufacturing process.
[0020]
For example, Patent Documents 4 and 5 below propose that the purification step of a fluoride raw material and the single crystal growing step are performed in the same container.
[0021]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-241196.
[0022]
[Patent Document 2]
JP-A-2000-227400.
[0023]
[Patent Document 3]
JP-A-2002-286913.
[0024]
[Patent Document 4]
JP-A-2001-240497.
[0025]
[Patent Document 5]
JP-A-2003-2789.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, since the optical characteristics with respect to the short-wavelength laser light are also deteriorated by a trace amount of impurities in the fluoride crystal, even a trace amount of impurities mixed in the manufacturing process must be reduced. No. However, the amount of impurities is extremely small, and it is not easy to further reduce the amount.
[0027]
Therefore, in Patent Literatures 4 and 5, by performing the two steps in the same container, the chance of contamination is reduced. However, in Patent Document 4, since the raw material powder is significantly larger in volume than a crystal having the same weight, there is a problem that a container such as a manufacturing apparatus and a crucible becomes significantly larger than the obtained crystal.
[0028]
More specifically, even if the crucible is filled with the powdered raw material, the crystal finally obtained is about half the size of the crucible, and the polycrystalline bulk formed in the pretreatment process is refilled into the growth crucible. Compared to the method, the productivity for the crucible volume is halved. In recent years, the size of fluorite for lithography has continued to expand, and the required diameter exceeds 250 mm at the maximum. In the case where the pretreatment step and the single crystal growth are performed in the same container, a huge crucible and a single crystal growth furnace are newly required to obtain fluorite having a diameter exceeding 250 mm with high productivity. Therefore, it was extremely difficult to produce large fluoride crystals.
[0029]
Therefore, the present invention proposes a method of manufacturing a fluoride crystal that can reduce the amount of impurities mixed during the manufacturing process and can easily manufacture a fluoride crystal having excellent internal transmittance. Another object of the present invention is to provide a fluoride crystal having excellent optical characteristics and an apparatus using the same.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies and studies. As a result, when impurities such as oxygen and moisture are adsorbed on the surface of the raw material of fluoride in the storage stage of the raw material and intermediate, this is the ultraviolet / vacuum ultraviolet of the fluoride single crystal. It has been found that it greatly affects the transmittance of the region.
[0031]
That is, the raw material immediately after synthesis has high purity and its surface is clean. For example, as described in Patent Document 1, a raw material subjected to a secondary treatment with fluorine gas has a very high purity. However, even in the case of such a raw material, if very little impurity such as oxygen or moisture is present around the raw material in the storage stage, the impurity is adsorbed by the raw material, and the raw material is oxidized or oxidized during crystal growth. It remains as an impurity in the product and remains in the fluoride crystal material as the final product, causing the initial transmittance to decrease. Particularly, when the raw material is a powder, the surface area is large, so that impurities are easily adsorbed.
[0032]
Therefore, in the present invention, the above object is achieved by replacing the surface of the fluoride with fluorine before melting to remove impurities adsorbed on the fluoride surface without melting the fluoride.
[0033]
That is, the invention according to claim 1 includes a fluorine-substituting step of contacting a fluorine-containing gas with a fluorine-containing material to replace impurities adsorbed on the surface of the fluoride-containing material with fluorine. After the step, before the impurities are again adsorbed on the surface of the raw material, a crystallization step of forming a crystal by reacting the fluorine-substituted raw material with a scavenger and melting and solidifying the raw material. I do.
[0034]
Further, in the invention according to claim 2, in addition to the configuration according to claim 1, the raw material of the fluoride in the fluorine substitution step is a powder, and the crystallization step is substituted in the fluorine substitution step. The method is characterized in that it is a purification and volume reduction step of forming a crystal bulk by reacting the raw material powder with a scavenger and melting and solidifying the raw material powder.
[0035]
Further, in the invention according to claim 3, in addition to the configuration according to claim 1, the raw material of the fluoride in the fluorine substitution step is a crystal bulk, and the crystallization step is replaced in the fluorine substitution step. A single crystal growing step of growing a single crystal by causing the crystal bulk of the fluoride to react with a scavenger and melting and solidifying the single crystal.
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, by contacting the fluorine-containing gas with the crystal bulk formed in the purification and volume reduction step, the crystal bulk is reduced. A bulk fluorine replacement step of replacing impurities adsorbed on the surface with fluorine, and a single crystal growth step of growing a single crystal by melting and solidifying the crystal bulk, after the bulk fluorine replacement step, The single crystal growing step is performed before the impurities are again adsorbed on the surface of the crystal bulk.
[0036]
Further, in the invention according to claim 5, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 4, the raw material and the scavenger are crystallized at a temperature higher than a processing temperature of the fluorine substitution step. It is characterized by reacting in the process.
[0037]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fifth aspects, the fluorine-containing gas is a gas having fluorine as a molecular constituent element. .
[0038]
Furthermore, the invention according to claim 7 is a substance according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluorine-containing gas has fluorine as a constituent element of a molecule and exists as a liquid at room temperature. And a gas generated by heating and / or decompression.
[0039]
The invention according to claim 8 is a liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluorine-containing gas has fluorine as a molecular constituent element and exists as a solid at room temperature. , Characterized by being generated by heating and / or reduced pressure.
[0040]
Further, the invention according to a ninth aspect is characterized in that, in addition to the configuration according to any one of the first to eighth aspects, the fluorine-containing gas is a fluorine gas.
[0041]
According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the ninth aspect, the fluorine-containing gas is a mixed gas of the fluorine gas and an inert gas.
[0042]
Further, an invention according to claim 11 is a fluoride crystal produced by the production method according to any one of claims 1 to 10, wherein the internal transmittance at a wavelength of 190 nm or more and 250 nm or less is 99.8. % / Cm or more.
[0043]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a fluoride crystal manufactured by the manufacturing method according to any one of the first to tenth aspects, wherein the internal transmittance at a wavelength of 150 nm or more and less than 190 nm is 99.5. % / Cm or more.
[0044]
Furthermore, an invention according to claim 13 is a fluoride crystal produced by the production method according to any one of claims 1 to 10, wherein a pulsed laser having a wavelength of any of 150 nm to 250 nm is used. 10mJ / cm2/ Pulse intensity, 1 × 105It is characterized in that the amount of decrease in transmittance after pulse irradiation is 0.5% / cm or less.
[0045]
Further, an invention according to claim 14 is a fluoride crystal produced by the production method according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of positions inside the ingot at a wavelength of 190 nm or less are used. The difference in internal transmittance is 0.3% / cm or less.
[0046]
Further, the invention according to claim 15 is a fluoride crystal material cut out from the fluoride crystal produced by the production method according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of positions inside the material are provided. Wherein the difference in internal transmittance at a wavelength of 190 nm or less is 0.3% / cm or less.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0048]
1 to 4 show a manufacturing process and a manufacturing apparatus according to this embodiment.
[0049]
In this embodiment, in order to produce a fluoride crystal, as shown in FIG. 1, a raw material powder of fluoride is substituted with fluorine in a fluorine substitution step 5, and then, in a purification and volume reduction step 6 as a crystallization step, a large amount of fluoride powder is produced. A crystal bulk is formed, and then the polycrystalline bulk is substituted with fluorine in a fluorine substitution step 7, and an ingot is formed in a single crystal growing step 8 as a crystallization step. It is manufactured by forming a material.
[0050]
In such a production method, as a fluoride raw material powder to be used, when producing a fluoride crystal used in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions, calcium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride obtained by chemical synthesis, A high-purity raw material powder of a fluoride such as lithium fluoride is generally used.
[0051]
First, in the fluorine substitution step 5, impurities such as oxygen and moisture adsorbed on the surface of the raw material powder are replaced with fluorine by bringing a surface of the raw material powder into contact with a fluorine-containing gas.
[0052]
The surface of the raw material powder is not flat, and many small holes are present on the surface. In addition, since the surface itself is in a rough state, the surface area is very large, and oxygen and moisture are adsorbed on the surface. When crystal growth is performed using such a fluoride raw material powder as it is, oxygen remains in the fluoride crystal, resulting in low transmittance in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions. Therefore, by contacting a highly reactive fluorine-containing gas with the raw material powder, impurities such as oxygen molecules and water molecules adsorbed on the surface of the raw material powder are replaced with fluorine-containing gas molecules and removed.
[0053]
This fluorine substitution step 5 can be performed using a surface treatment furnace 30 as shown in FIG.
[0054]
The surface treatment furnace 30 includes a vacuum vessel 31. An exhaust port 32 to which a vacuum pump or the like is connected is connected to the vacuum vessel 31, and a fluorine-containing gas introduction port 33 capable of introducing a fluorine-containing gas is connected to the vacuum vessel 31. I have. Inside the vacuum vessel 31, a crucible 36 for filling the raw material powder is disposed in a space surrounded by the heat insulating material 34 and capable of being heated by the heater 35.
[0055]
In order to perform the fluorine substitution step 5 of the raw material using such a surface treatment furnace 30, first, the raw material powder is filled in a clean carbon crucible 36. This container is set in the surface treatment furnace 30, and the inside is evacuated. When the degree of vacuum is stabilized, a fluorine-containing gas is introduced into the inside from the fluorine-containing gas inlet 33. When the introduction of the fluorine-containing gas is completed, heating is performed, the temperature is raised to a processing temperature corresponding to the fluorine-containing gas, and the temperature is maintained at a constant temperature, thereby replacing the impurities adsorbed on the surface of the raw material powder with fluorine. I do.
[0056]
Here, as the fluorine-containing gas, F2Gas itself, F2A mixed gas obtained by mixing an inert gas with low reactivity such as Ar or He with a gas, NF3, CF4, C2F6, C2F4, ClF3, SF6, WF6For example, a gas having fluorine as one of the constituent elements can be used. Of these, NF3, CF4Is preferred because it is easy to handle.2A mixed gas of a gas and an inert gas is preferred because of its high reactivity at low temperatures.
[0057]
Note that a gas generated by vaporizing or decomposing a solid or liquid having fluorine as one of the constituent elements together with or in place of this gas, or a gas obtained by mixing a plurality of these gases can be used. .
[0058]
Here, as a solid having fluorine as one of the constituent elements, for example, AgF, CuF2, AlF3, FeF2, MnF2, PbF2, ZnF2, PTFE and the like, which are solid at normal temperature and pressure. Among them, it is preferable to use AgF, PTFE, or the like because the vaporization temperature is low.
[0059]
Examples of the liquid having fluorine as one of the constituent elements include a fluorine-containing substance that becomes liquid at normal temperature and normal pressure, such as hydrofluoric acid.
[0060]
When using these solids or liquids, a gas generator capable of controlling the temperature or the like and controlling the vaporization or decomposition of the fluorine-containing solids or liquids is provided outside the surface treatment furnace 30 so that the generated gas contains fluorine. The gas may be introduced from the gas inlet 33, or a gas may be generated inside by installing the above-described solid or liquid inside the vacuum vessel 31. Further, when the vaporization or decomposition temperature of the solid or liquid having a fluorine atom is as low as room temperature to about 300 ° C., a place for filling the corresponding solid or liquid in a furnace is provided, At the same time, only the relevant solid or liquid may be placed in the furnace.
[0061]
The processing temperature in the fluorine substitution step 5 does not need to be as high as in the conventional purification treatment using a scavenger. The heating in this step is not for the purpose of melting the raw material powder, but for promoting the substitution reaction of the impurities adsorbed on the surface of the raw material powder with fluorine. Therefore, it is not necessary to raise the temperature above the melting point of the fluoride crystal, which can be as high as 1000 ° C. or more.
[0062]
It is preferable that the fluorine treatment temperature be increased in order to increase the reactivity.2Gas or F2When a mixed gas of a gas and an inert gas is used, it is rich in reactivity, and therefore, it is preferably set to about 100 to 300 ° C. in consideration of furnace durability. In addition, as a fluorine-containing gas, relatively stable CF4When NF is used, NF is about 700 to 800 ° C.3In the case where is used, the temperature is preferably about 300 to 400 ° C.
[0063]
In addition, the fluorine substitution step 5 is performed by introducing the above-mentioned fluorine-containing gas into the vacuum vessel 31, and the pressure of the fluorine-containing gas in the vacuum vessel 31 is preferably 100 to 10000 Pa.
[0064]
Next, in the purification and volume reduction step 6, a scavenger, which is a fluorinating agent, is added to the fluorine-substituted raw material powder to react with impurities contained therein, and melt and solidify to obtain polycrystal. Form the bulk.
[0065]
The raw material powder usually contains an oxide with impurities mixed therein. Further, the oxide powder is often mixed as an impurity in the fluoride raw material powder. For this reason, in the case of the raw material powder in which the impurities on the surface are simply replaced in the fluorine replacement step 6, even if the single crystal is grown as it is, the obtained fluoride single crystal is colored due to the influence of the mixed impurities, It cannot be used as an optical member in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions. For this reason, in the purification and volume reduction step 6, the raw material powder is softened or melted, impurities such as oxides contained therein are reacted by a scavenger, and the raw material powder is converted into fluoride or the like to remove the powder. Is also highly purified.
[0066]
In the purification and volume reduction step 6, the powder raw material is melted and solidified,
A powder having a significantly higher volume per weight is made into a polycrystalline bulk having a lower volume per weight.
[0067]
For example, when forming a large ingot, a large amount of fluoride raw material is required. However, if this powder is used as it is, its volume becomes extremely large, and it cannot be manufactured unless a huge apparatus or crucible is used. Therefore, if a crystal bulk having a small volume is formed in the purification and volume reduction step 6, even when a large ingot is formed, it can be manufactured using a small apparatus or a crucible.
[0068]
This purification and volume reduction step 6 can be performed by a pretreatment furnace 10 as shown in FIG.
[0069]
The pretreatment furnace 10 includes a vacuum vessel 11, and an exhaust port 12 to which a vacuum pump or the like is connected is connected to the vacuum vessel 11. A crucible 16 for filling the raw material powder after the surface treatment is arranged in a space surrounded by the heat insulating material 14 and capable of being heated by the heater 15 inside the vacuum vessel 11. When gas is used as the scavenger, the gas inlet 13 is connected.
[0070]
First, a scavenger is added to the raw material powder whose surface has been replaced with fluorine, and the raw material powder is filled in a crucible 16 and placed in the pretreatment furnace 10.
[0071]
Next, the temperature is increased at a slow speed to a temperature higher than the processing temperature of the fluorine substitution step 5. Preferably, the scavenger is allowed to reach the boiling point over a sufficient time. This is because if the heating time is lengthened, the fluoride raw material and the scavenger can be sufficiently reacted at a temperature between the melting point and the boiling point of the scavenger.
[0072]
Thereafter, the temperature is raised to a temperature equal to or higher than the melting point of the fluoride to cause melting, and then the temperature is lowered to solidify the melt. In this way, a polycrystalline bulk of the fluoride is obtained in which the impurities are sufficiently removed and the volume is reduced.
[0073]
Here, the scavenger is an additive substance having an action of removing by reacting with impurities contained in the raw material powder, for example, metal fluoride such as lead fluoride, zinc fluoride, silver fluoride, and copper fluoride. Fluoride, organic compound of fluoride such as PTFE (polytetrafluoroethylene), CF4, NF3Gaseous fluoride such as F2Mixed gas of gas and inert gas, F2Gas itself or the like can be used.
[0074]
Here, as the element constituting the molecule used in the fluorine substitution step 5, the same substance as the substance having fluorine may be used, but it is preferable to use a solid or liquid substance. If a scavenger made of a solid or a liquid is used, it is not necessary to provide a facility for high-pressure gas in the pretreatment furnace 10, and handling is easier than a scavenger made of a gas.
[0075]
In the present invention, the purification and volume reduction step 6 is performed continuously after the fluorine substitution step 5 of the raw material powder. In other words, it is necessary to perform the step after the fluorine substitution step 5 and before the impurities such as oxygen and moisture existing in the atmosphere are adsorbed again due to leakage or the like on the surface of the raw material powder. Specifically, in this case, it is preferable to perform the purification and volume reduction step 6 within one day after the fluorine substitution step 5. The time before the impurity is re-adsorbed is within one day, but it is preferable that the amount of the impurity is appropriately selected because the amount of the impurity changes depending on storage conditions and the like.
[0076]
In order to continuously perform the fluorine substitution step 5 and the purification volume reduction step 6, after the surface of the raw material powder is substituted with fluorine, the raw material powder is taken out of the surface treatment furnace 30, mixed with a scavenger, and then melted in the pretreatment furnace 10. Alternatively, after the fluorine substitution step 5, the raw material powder can be continuously melted.
[0077]
In this case, for example, by providing the gas inlet 13 in the pretreatment furnace 10, it can be used as both a surface treatment furnace and a pretreatment furnace. The scavenger is introduced at a temperature of, or the scavenger is mixed with a commercially available raw material powder in advance, and after performing the fluorine substitution step 5 at a low temperature, the temperature is raised continuously to cause a reaction with the scavenger, thereby further melting the raw material. However, the effect of the present invention can be sufficiently obtained.
[0078]
Since the polycrystalline bulk obtained in this manner has a sufficiently reduced amount of impurities, it can be used as a fluoride raw material for forming a high-purity ingot.
[0079]
Therefore, in this embodiment, an ingot of a high-purity fluoride crystal is prepared using the polycrystalline bulk obtained in the purification and volume reduction step 6.
[0080]
In addition, as a raw material for forming an ingot, other than the polycrystalline bulk obtained in the fluorine substitution step 5 and the purification and volume reduction step 6, any other material can be used as appropriate. It is also possible to use a crystal bulk or a single crystal bulk.
[0081]
To form an ingot, first, in a fluorine substitution step 7, a fluorine-containing gas is brought into contact with the polycrystalline bulk to remove impurities such as oxygen and moisture adsorbed on the surface in the same manner as in the fluorine substitution step 5. Replace.
[0082]
The polycrystalline bulk obtained from the purification and volume reduction step 6 is sufficiently free of impurities, and its surface area is much smaller than that of the raw material powder of the same weight. However, when forming a large ingot, since a plurality of polycrystalline bulks are usually used, some polycrystalline bulks are often stored for a long time until a required number of bulks are created. Then, a small amount of impurities in the atmosphere are adsorbed again. This re-adsorbed impurity is trace, but if it remains during crystal growth, it causes a decrease in the transmittance of the fluoride single crystal in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions.
[0083]
Therefore, when an ingot is continuously formed after the purification and volume reduction step 6, the fluorine substitution step 7 is unnecessary.
[0084]
This fluorine substitution step 7 can be performed by a surface treatment furnace 30 having the same configuration as that of FIG.
[0085]
In order to perform the polycrystalline bulk fluorine substitution step 7 using the surface treatment furnace 30, similarly to the fluorine substitution step 5, first, one or more polycrystal bulks are filled in a clean crucible 36, and the surface treatment furnace 30 is charged. Set inside and evacuate the inside. When the degree of vacuum is stabilized, a fluorine-containing gas is introduced into the inside.
[0086]
As the fluorine-containing gas, a gas, a liquid or a solid having fluorine as the same molecular configuration as that used for the fluorine substitution of the raw material powder can be used. When a liquid or a solid having fluorine as a constituent element of a molecule is used, a gas can be generated and used in the same manner as described above.
[0087]
When the introduction of the fluorine-containing gas is completed, heating is performed and the temperature is maintained at a constant temperature to replace the impurities adsorbed on the surface of the polycrystalline bulk with fluorine. This heating is not for raising the temperature for the purpose of melting the polycrystalline bulk, but for heating the fluorine substitution reaction on the surface of the polycrystalline bulk. Therefore, it is not necessary to raise the fluorination temperature at this time to a temperature higher than the melting point of the fluoride crystal, which can be as high as 1000 ° C. or higher. The temperature may be lower than the temperature at which the raw material powder is melted.2Gas or F2When a mixed gas of a gas and an inert gas is used, the mixture is highly reactive. Therefore, the temperature is preferably set to about 100 to 300 ° C. in consideration of furnace durability. Further, as a fluorine-containing gas, relatively stable CF4When NF is used, NF is about 700 to 800 ° C.3In the case where is used, the temperature is preferably about 300 to 400 ° C.
[0088]
Next, the single crystal growing step 8 is performed by the single crystal growing furnace 20 using the polycrystalline bulk thus substituted with fluorine.
[0089]
The single crystal growing furnace 20 includes a vacuum vessel 21, and an exhaust port 22 to which a vacuum pump or the like is connected is connected to the vacuum vessel 21. Inside the vacuum vessel 21, a crucible 26 for filling the polycrystalline bulk is provided in a space surrounded by the heat insulating material 24 and provided with the heater 25, and the crucible 26 can be lowered by a pull-down rod 27. I have.
In a space surrounded by the heat insulating material 24, the heater 25 is configured to form a temperature gradient in which the upper part has a high temperature and the lower part has a low temperature.
[0090]
In the single crystal growing step 8, when the fluorine replacing step 7 is performed, the single crystal growing step 8 exists continuously after the fluorine replacing step 7, that is, in the atmosphere due to leakage or the like on the surface of the polycrystalline bulk of the raw material. It must be performed before impurities such as oxygen and moisture are re-adsorbed. Specifically, for example, it is preferable to perform the purification and volume reduction step 6 within one day after the fluorine substitution step 7.
[0091]
In order to perform the fluorine substitution step 7 and the single crystal growing step 8 continuously, after replacing the surface of the polycrystalline bulk with fluorine, the polycrystalline bulk is taken out from the crucible 36 of the surface treatment furnace 30 and charged into the crucible 26 of the single crystal growing furnace 20. Alternatively, the surface of the polycrystalline bulk may be replaced with fluorine, and subsequently, the temperature may be raised to melt.
In that case, for example, by providing the gas inlet 23 in the single crystal growing furnace 20, it can be used as a surface treatment furnace and a single crystal growing furnace.
[0092]
In order to perform the single crystal growing step 8 using the single crystal growing furnace 20 as shown in FIG. 4, first, a polycrystalline bulk is filled in a clean carbon crucible 26 and placed in the single crystal growing furnace 20. Then, after the inside of the single crystal growing furnace 20 is evacuated, heating is started. When the temperature reaches or exceeds the melting point of the fluoride to be produced, the state is maintained for a certain period of time in order to homogenize the melt. When the melt is sufficiently uniform, in the case of the vertical Bridgman method, the crucible is lowered by the pull-down rod 27 while controlling the speed, and a single crystal is gradually grown from the lower part of the ingot.
[0093]
When the growth of the single crystal is completed, a simple heat treatment is performed in the single crystal growing furnace 20 to take out the ingot. The ingot thus obtained is desirably a complete single crystal, but any ingot that can be used substantially as a single crystal may be used.
[0094]
Then, the ingot is taken out, and since the residual stress is large as it is, in processing step 3, the ingot is cut into a disk shape and annealed to obtain a fluoride crystal material having desired performance.
[0095]
When the fluoride is manufactured as described above, in the purification volume reduction step 6 and the single crystal growing step 8, the fluoride raw material powder is adsorbed on the surface of the raw material powder in the fluorine substitution steps 5 and 7 before being melted. Therefore, impurities present on the surface are less likely to be mixed into the raw material powder. Therefore, impurities adsorbed on the surface can be easily removed.
[0096]
Also, during the fluorine substitution steps 5 and 7, that is, while removing impurities adsorbed on the surface, it is necessary to soften or melt the fluoride as in the purification volume reduction step 6 and the single crystal growing step 8. And can be processed at low temperatures. Therefore, the amount of heat required to remove impurities is significantly reduced as compared with the conventional method of removing all impurities adsorbed on the surface of the raw material powder and impurities mixed therein by using a scavenger. Can be.
[0097]
Moreover, in the purification and volume reduction step 6, only the impurities present inside the raw material need to be intensively reacted and removed by the scavenger, so that the impurities existing inside the raw material powder can be more reliably removed more easily.
[0098]
In addition, since the raw material powder is converted into a polycrystalline bulk in the purification and volume reduction step 6 and the single crystal growing step 8 is performed using the polycrystalline bulk, even if powder is used as the raw material, the volume is significantly reduced. A single crystal can be grown, the single crystal growing furnace 20 and the crucible 26 can be easily reduced in size, and a large ingot can be easily manufactured.
[0099]
Furthermore, the fluoride crystal thus produced has a very low impurity concentration, and thus has high transmittance and laser resistance in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions.
[0100]
A fluoride crystal material obtained by processing such a fluoride crystal, an optical system in which one or a plurality of such optical materials are arranged in an optical path, and an optical lithography apparatus having such an optical system are KrF Excimer laser light (wavelength 248 nm), ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), F2The absorption of short-wavelength light such as laser light (wavelength 157 nm) is small, and a decrease in light amount can be suppressed.
[0101]
In the above-described embodiment, an example in which the vertical Bridgman method is used in the single crystal growing step 2 has been described. However, another crystal such as a vertical temperature gradient method (VGF method) or a Czochralski method (CZ method) is used. It goes without saying that the effect can be obtained even when applied to the breeding method. In the following examples, a manufacturing method is also exemplified, but the present invention is not limited to the method.
[0102]
Furthermore, in the above-described embodiment, an example was described in which fluoride powder was used as a raw material and polycrystalline bulk was used as a crystal bulk, but these are not particularly limited, and polycrystalline or single crystal raw materials may be used. May be used, and it is also possible to use a single crystal fluoride for the crystal bulk.
[0103]
【Example】
Hereinafter, examples will be described.
[0104]
Example 1
A calcium fluoride single crystal was manufactured using a furnace as shown in FIGS.
[0105]
[Fluorine substitution step 5]
50 kg of a commercially available high-purity artificial synthetic calcium fluoride powder was filled in a baked and clean carbon crucible 36. The crucible 36 is set in the surface treatment furnace 30 as shown in FIG.-4Evacuation was performed to Torr.
[0106]
5% F in vacuum vessel 312A + 95% Ar mixed gas was introduced, and the temperature was raised to 150 ° C. The temperature was kept at 150 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface was replaced with fluorine, and the surface was fluorinated.
[0107]
Thereafter, the internal temperature was lowered to room temperature. At this stage, the oxygen, moisture and the like adsorbed on the surface of the powder have been replaced by fluorine, and the amount of impurities brought to the next step has been significantly reduced.
[0108]
[Purification volume reduction step 6]
Subsequently, within one day, the purification and volume reduction step 6 was performed using the pretreatment furnace 10 as shown in FIG. 1.0 mol% of a lead fluoride powder as a scavenger was added to the powder whose surface had been replaced with fluorine, and the mixture was thoroughly stirred and uniformly mixed, and then charged into a baked and clean carbon crucible 16 having an inner diameter of 300 mm. . 10 inside the device-6After evacuating to Torr, the temperature was gradually raised. It was kept at 1100 ° C. for 6 hours in order to sufficiently react the calcium fluoride raw material with lead fluoride as a scavenger.
[0109]
In this process, impurities contained in the raw material and calcium oxide mixed in the raw material can be removed.
[0110]
After the reaction with the scavenger was sufficiently advanced, the temperature was further raised and kept at 1420 ° C., which is the melting point of calcium fluoride, for 24 hours. In this process, the raw materials were melted and the melt was homogenized. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the raw materials were solidified to form a polycrystalline bulk.
[0111]
In this process, the volume of the calcium fluoride becomes small, and the crucible 26 of the next single crystal growing furnace 20 can be loaded with a sufficient weight of the raw material. Thus, the pretreatment step was completed to obtain a polycrystalline bulk.
[0112]
[Fluorine substitution step 7]
Next, the polycrystalline bulk of calcium fluoride formed in the pretreatment step was placed in a baked and clean carbon crucible 36. The crucible 36 is set in the surface treatment furnace 30 and the inside is cooled to 10 by an oil-free dry vacuum pump.-4Evacuated to Torr. 5% F in vacuum vessel 312A + 95% Ar mixed gas was introduced, and the temperature was raised to 150 ° C. The temperature was kept at 150 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface was replaced with fluorine, and the polycrystalline bulk surface was fluorinated.
[0113]
Thereafter, the internal temperature was lowered to room temperature. At this stage, impurities such as oxygen and moisture adsorbed on the surface of the polycrystalline bulk have been replaced by fluorine, and the amount of impurities brought to the next step is extremely small.
[0114]
[Single crystal growing step 8]
Then, within one day, using a single crystal growing furnace 20 as shown in FIG. 4, a calcium fluoride crystal single crystal growing step 8 was performed by the vertical Bridgman method. The polycrystalline bulk whose surface was replaced with fluorine was stored as a raw material bulk in a baked and clean carbon crucible 26 having an inner diameter of 300 mm and placed in a baked single crystal growing furnace 20. 10-6After evacuating to Torr, the heater was heated and the temperature was raised. The temperature was gradually raised while controlling the temperature. When the temperature reached 1420 ° C., the temperature was maintained for 24 hours to homogenize the melt. Next, the carbon crucible was pulled down at a speed of 1 mm / Hr to perform crystallization. When all of the melt had completed crystallization, it was allowed to cool slowly to room temperature.
[0115]
[Processing process 3]
The material was cut out in a disk shape from the taken out ingot and annealed in a heat treatment furnace.
[0116]
[Measurement]
From the remaining portion 40 of the ingot, as a sample for transmittance measurement, six small pieces A to F of calcium fluoride crystals at positions shown in the longitudinal sectional view of the ingot in FIG. 5 were cut out, and the diameter of the sample for measurement was 30 mm and the thickness was 30 mm. It was processed to 10 mm. Sample transmittance in the ultraviolet region and vacuum ultraviolet region, 10 mJ / cm2/ Pulse F2 laser 1 × 105The transmittance in the vacuum ultraviolet region after the pulse irradiation was measured using a spectrophotometer, and the results are as shown in Table 1.
[0117]
This fluoride crystal has a transmittance / F over the entire area of the ingot.2The material has high laser resistance and can be used as an optical member for photolithography.
[0118]
[Table 1]
Figure 2004315255
[0119]
Example 2
First, a pretreatment step of reducing the volume of the raw material powder and removing impurities in the raw material powder is performed using a surface treatment furnace and a pretreatment furnace provided with a gas inlet 13 in the pretreatment furnace 10 shown in FIG. .
[0120]
[Fluorine substitution step 5]
50 kg of a commercially available high-purity artificial synthetic calcium fluoride powder was filled in a baked and clean carbon crucible 16 having an inner diameter of 300 mm. The crucible 16 is set in the pretreatment furnace 10 capable of continuously performing the surface replacement and the raw material melting, and the inside of the crucible is controlled by a vacuum pump.-6Evacuation was performed to Torr.
[0121]
NF in the vacuum vessel 113Gas was introduced and the temperature was raised to 350 ° C. The temperature was kept at 350 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface is replaced with fluorine, and the surface is fluorinated.
[0122]
[Purification volume reduction step 6]
After this, 10-6  After evacuating to Torr, the temperature was raised. When the temperature reached 1100 ° C., which is slightly lower than the melting point of calcium fluoride, the temperature was stopped, and NF was used as a scavenger.3Gas was introduced.
[0123]
Raw materials and scavenger NF3In order to sufficiently react with the gas, the temperature was maintained at 1100 ° C. for 12 hours. In this process, impurities contained in the raw material and calcium oxide mixed in the raw material can be removed.
[0124]
After the reaction with the scavenger was sufficiently advanced, the temperature was further raised and kept at 1420 ° C., which is the melting point of calcium fluoride, for 24 hours. In this process, the raw materials were melted and the melt was homogenized.
[0125]
Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the raw material was solidified. In this process, the volume of calcium fluoride was reduced, and the crucible 26 of the single crystal growing furnace 20 could be loaded with a sufficient weight of the raw material. When the pretreatment step is completed in this way, a polycrystalline bulk raw material can be obtained.
[0126]
[Fluorine substitution step 7]
Next, the fluorine substitution step 7 and the single crystal growing step 8 are continuously performed using a surface treatment furnace and a single crystal growing furnace provided with the gas inlet 23 in the single crystal growing furnace 20 of FIG.
[0127]
First, a polycrystalline bulk of calcium fluoride formed in the pretreatment step was taken out and placed in a baked and clean carbon crucible 26 having an inner diameter of 300 mm. The crucible is set in a single crystal growing furnace 20 capable of continuously performing surface replacement and raw material melting, and the inside is cooled to 10 by a vacuum pump.-6  The chamber was evacuated to Torr. NF in the vacuum vessel 213Was introduced, and the temperature was raised to 350 ° C. The temperature was kept at 350 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface was replaced with fluorine, and the surface was fluorinated.
[0128]
[Single crystal growing step 8]
After this, 10-6  After evacuating to Torr, the temperature was raised. The temperature was gradually raised while controlling the temperature. When the temperature reached 1420 ° C., the temperature was maintained for 24 hours to homogenize the melt. Next, the carbon crucible was pulled down at a speed of 1 mm / Hr to perform crystallization. When all of the melt had completed crystallization, it was allowed to cool slowly to room temperature.
[0129]
[Processing process 3]
The material was cut out in a disk shape from the taken out ingot and annealed in a heat treatment furnace.
[0130]
[Measurement]
In addition, six small pieces of calcium fluoride single crystal at the positions shown in FIG. 5 were cut out from the remaining portion of the ingot as a sample for transmittance measurement, and processed into a sample for measurement to a diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm. Sample transmittance in the ultraviolet region and vacuum ultraviolet region, 10 mJ / cm2/ Pulse F21 × 10 laser5The transmittance in the vacuum ultraviolet region after the pulse irradiation was measured using a spectrophotometer.
[0131]
This fluoride crystal has a transmittance / F over the entire area of the ingot.2It has high laser resistance and can be used as an optical member for photolithography.
[0132]
[Table 2]
Figure 2004315255
[0133]
Example 3
First, a pretreatment step of reducing the volume of the raw material powder and removing impurities in the raw material powder is performed using a surface treatment furnace and a pretreatment furnace provided with a gas inlet 13 in the pretreatment furnace 10 shown in FIG. .
[0134]
[Fluorine substitution step 5]
50 kg of a commercially available high-purity artificial synthetic calcium fluoride powder was filled in a baked and clean carbon crucible 16 having an inner diameter of 300 mm. The crucible 16 is set in a pretreatment furnace 10 capable of continuously performing surface replacement and raw material melting, and the inside of the crucible is controlled by a vacuum pump.-6  Evacuation was performed to Torr.
[0135]
CF in the vacuum vessel 114Gas was introduced and the temperature was raised to 700 ° C. The temperature was maintained at 700 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface is replaced with fluorine, and the surface is fluorinated.
[0136]
[Purification volume reduction step]
After this, 10-6  After evacuating to Torr, the temperature was raised. When the temperature reached 1100 ° C., which is slightly lower than the melting point of calcium fluoride, the temperature was stopped, and CF was used as a scavenger.4Gas was introduced.
[0137]
Raw materials and scavenger CF4In order to sufficiently react with the gas, the temperature was maintained at 1100 ° C. for 12 hours. In this process, impurities contained in the raw material and calcium oxide mixed in the raw material could be removed.
[0138]
After the reaction with the scavenger was sufficiently advanced, the temperature was further raised and kept at 1420 ° C., which is the melting point of calcium fluoride, for 24 hours. In this process, the raw materials were melted and the melt was homogenized. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the raw material was solidified. In this process, the volume of calcium fluoride is reduced, and the crucible 26 of the single crystal growing furnace 20 can be loaded with a sufficient weight of the raw material. When the pretreatment step was completed in this way, a polycrystalline bulk raw material could be obtained.
[0139]
[Fluorine substitution step 7]
Next, the fluorine substitution step 7 and the single crystal growing step 8 are continuously performed using a surface treatment furnace and a single crystal growing furnace provided with the gas inlet 23 in the single crystal growing furnace 20 of FIG.
[0140]
First, the polycrystalline bulk of calcium fluoride formed in the pretreatment step was taken out and placed in another baked and clean carbon crucible 26 having an inner diameter of 300 mm. The crucible is set in a single crystal growing furnace 20 capable of continuously performing surface replacement and raw material melting, and the inside is cooled to 10 by a vacuum pump.-6  The chamber was evacuated to Torr. CF in the vacuum vessel 214Was introduced, and the temperature was raised to 700 ° C. The temperature was maintained at 700 ° C. for 5 hours. In this process, the oxygen adsorbed on the surface was replaced with fluorine, and the surface was fluorinated.
[0141]
[Single crystal growing step 8]
After this, 10-6  After evacuating to Torr, the temperature was raised.
[0142]
The temperature was gradually raised while controlling the temperature. When the temperature reached 1420 ° C., the temperature was maintained for 24 hours to homogenize the melt. Next, the crucible 26 made of carbon was lowered at a speed of 1 mm / Hr to perform crystallization. When all of the melt had completed crystallization, it was allowed to cool slowly to room temperature.
[0143]
[Processing process 3]
The material was cut out in a disk shape from the taken out ingot and annealed in a heat treatment furnace.
[0144]
[Measurement]
In addition, six small pieces of calcium fluoride single crystal at the positions shown in FIG. 5 were cut out from the remaining portion of the ingot as a sample for transmittance measurement, and processed into a sample for measurement to a diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm. Sample transmittance in the ultraviolet region and vacuum ultraviolet region, 10 mJ / cm2/ Pulse F21 × 10 laser5The transmittance in the vacuum ultraviolet region after the pulse irradiation was measured using a spectrophotometer.
[0145]
This fluoride crystal has a transmittance / F over the entire area of the ingot.2It has high laser resistance and can be used as an optical member for photolithography.
[0146]
[Table 3]
Figure 2004315255
[0147]
Comparative example
As a comparative example, an example of manufacturing a fluoride single crystal by a conventional method is shown below.
[0148]
[Pretreatment step 1]
First, a pretreatment step of reducing the volume of the raw material powder and removing impurities in the raw material powder was performed.
[0149]
1 mol /% of a lead fluoride powder is mixed as a scavenger with 50 kg of a commercially available high-purity artificial synthetic calcium fluoride powder, and the mixture is thoroughly stirred and then baked into a clean pre-treated crucible made of carbon having an inner diameter of 300 mm. Filled. This crucible is set in a pretreatment furnace, and the inside is-6  Evacuation was performed to Torr.
[0150]
Raw material and PbF scavenger2Was kept at 1100 ° C. for 6 hours in order to cause a sufficient reaction between In this process, impurities contained in the raw material and calcium oxide mixed in the raw material can be removed.
[0151]
After the reaction with the scavenger was sufficiently advanced, the temperature was further raised and kept at 1420 ° C., which is the melting point of calcium fluoride, for 24 hours. In this process, the raw materials can be melted and the melt can be homogenized. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, and the raw material was solidified. In this process, the volume of calcium fluoride becomes small, and the growing crucible can be filled with a sufficient weight of the raw material. When the pretreatment step is completed in this way, a polycrystalline bulk raw material can be obtained.
[0152]
[Single crystal growing step 2]
Next, the polycrystalline bulk of calcium fluoride formed in the pretreatment step was taken out and placed in another baked and clean carbon growth crucible having an inner diameter of 300 mm. This crucible is set in a growth furnace, and the inside is-6  The chamber was evacuated to Torr.
[0153]
The temperature was gradually raised while controlling the temperature. When the temperature reached 1420 ° C., the temperature was maintained for 24 hours to homogenize the melt. Next, the carbon crucible was pulled down at a speed of 1 mm / Hr to perform crystallization. When all of the melt had completed crystallization, it was allowed to cool slowly to room temperature.
[0154]
[Processing process 3]
The material was cut out in a disk shape from the taken out ingot and annealed in a heat treatment furnace.
[0155]
[Measurement]
In addition, six small pieces of calcium fluoride single crystal at the positions shown in FIG. 5 were cut out from the remaining portion of the ingot as a sample for transmittance measurement, and processed into a sample for measurement to a diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm. Sample transmittance in the ultraviolet region and vacuum ultraviolet region, 10 mJ / cm2/ Pulse F2 laser 1 × 105The transmittance in the vacuum ultraviolet region after the pulse irradiation was measured using a spectrophotometer.
[0156]
This fluoride crystal has a transmittance and F in the ingot.2The laser resistance distribution was large, and only a small amount could be collected from a part of the optical member for photolithography.
[0157]
[Table 4]
Figure 2004315255
[0158]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first to third aspects of the present invention, a fluorine-containing gas is brought into contact with a fluoride raw material to replace impurities adsorbed on the surface of the fluoride raw material with fluorine. Since the replacement step and the fluorine replacement step, before the impurities are again adsorbed on the surface of the raw material, the raw material has a crystallization step of forming a crystal by reacting and melting and solidifying the raw material with the scavenger. Before the fluoride raw material is melted in the chemical conversion step, the impurities adsorbed on the surface of the raw material are removed in the fluorine substitution step, so that impurities present on the surface are hardly mixed into the inside, and the impurities can be easily removed. .
[0159]
In addition, as in the conventional case, when trying to remove impurities mixed in from the surface, a large amount of heat is required to melt the fluoride. In contrast, in the present invention, impurities only on the surface are first removed in a separate step. Since the fluoride is not required to be softened or melted while the impurities on the surface are removed, the amount of heat required for removing the impurities can be significantly reduced as compared with the conventional case. Moreover, in the crystallization step, only the impurities existing inside the raw material need to be removed by the scavenger, and the impurities existing inside can be easily removed. Therefore, it is easy to produce a fluoride crystal having excellent internal transmittance.
[0160]
According to the invention of claim 4, since the single crystal is grown using the crystal bulk formed in the purification and volume reduction step, even if powder is used as a raw material, the single crystal is grown by the purification and volume reduction step. In addition, the single crystal growing step can be performed after significantly reducing the volume of the raw material powder, making it easy to reduce the size of the apparatus and crucible used for the manufacture and to manufacture a large ingot.
[0161]
Furthermore, according to the invention as set forth in claim 5, the raw material and the scavenger are reacted in the crystallization step at a temperature higher than the processing temperature of the fluorine substitution step, so that the impurities adsorbed on the raw material surface can be removed more. The temperature can be reliably lowered, and the amount of heat required to remove impurities in the raw material can be reduced more reliably.
[0162]
Further, according to the inventions set forth in claims 6 to 10, since impurities of the raw material of the fluoride can be replaced with fluorine using various fluorine-containing gases, a fluorine having an excellent internal transmittance can be more easily obtained. Oxide crystals are obtained.
[0163]
Furthermore, according to the fluoride crystals according to claims 11 to 15, it is possible to provide a fluoride crystal having high transmittance and laser resistance in the ultraviolet and vacuum ultraviolet regions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a fluoride crystal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a surface treatment furnace used in the method for producing a fluoride crystal according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view of a pretreatment furnace used in the method for producing a fluoride crystal according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a single crystal growing furnace used in the method for producing a fluoride crystal according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the ingot manufactured in the example.
FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a fluoride crystal according to a conventional manufacturing method.
[Explanation of symbols]
10 Pretreatment furnace
11, 21, 31 Vacuum container
16, 26, 36 crucibles
20 Single crystal growing furnace
30 Surface treatment furnace

Claims (15)

フッ化物の原料にフッ素含有ガスを接触させることにより、該フッ化物の原料の表面に吸着された不純物をフッ素で置換するフッ素置換工程と、該フッ素置換工程の後、前記原料の表面に再度不純物が吸着される以前に、該フッ素置換された原料をスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより結晶を形成する結晶化工程とを有することを特徴とするフッ化物結晶の製造方法。A fluorine-containing gas is brought into contact with the fluoride raw material to replace the impurities adsorbed on the surface of the fluoride raw material with fluorine; and after the fluorine replacement step, the impurity is again added to the surface of the raw material. A step of reacting the fluorine-substituted raw material with a scavenger, and melting and solidifying the raw material before adsorption to form a crystal, thereby forming a crystal. 前記フッ素置換工程における前記フッ化物の原料は粉末であり、前記結晶化工程は、前記フッ素置換工程で置換された前記原料粉末をスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより結晶バルクを形成する精製減容化工程であることを特徴とする請求項1に記載のフッ化物結晶の製造方法。The raw material of the fluoride in the fluorine substitution step is a powder, and the crystallization step is a step of reacting the raw material powder substituted in the fluorine substitution step with a scavenger and melting and solidifying to form a crystal bulk. The method for producing a fluoride crystal according to claim 1, which is a volume reduction step. 前記フッ素置換工程における前記フッ化物の原料は結晶バルクであり、 前記結晶化工程は、前記フッ素置換工程で置換されたフッ化物の結晶バルクをスカベンジャと反応させるとともに溶融及び固化することにより単結晶を育成する単結晶育成工程であることを特徴とする請求項1に記載のフッ化物結晶の製造方法。The raw material of the fluoride in the fluorine substitution step is a crystal bulk, the crystallization step, the crystal bulk of the fluoride substituted in the fluorine substitution step is reacted with a scavenger and melted and solidified to form a single crystal The method for producing a fluoride crystal according to claim 1, wherein the method is a single crystal growing step for growing. 前記精製減容化工程で形成された前記結晶バルクに、前記フッ素含有ガスを接触させることにより、該結晶バルクの表面に吸着された不純物をフッ素で置換するバルクのフッ素置換工程と、該結晶バルクを溶融及び固化することにより単結晶を育成する単結晶育成工程とを含み、
前記バルクのフッ素置換工程の後、前記結晶バルクの表面に再度不純物が吸着される以前に、前記単結晶育成工程を行うことを特徴とする請求項2に記載のフッ化物結晶の製造方法。
Contacting the fluorine-containing gas with the crystal bulk formed in the purification and volume-reducing step to replace impurities adsorbed on the surface of the crystal bulk with fluorine; A single crystal growing step of growing a single crystal by melting and solidifying
The method for producing a fluoride crystal according to claim 2, wherein the single crystal growing step is performed before the impurities are again adsorbed on the surface of the crystal bulk after the bulk fluorine substitution step.
前記フッ素置換工程の処理温度より高い温度で、前記原料と前記スカベンジャとを前記結晶化工程で反応させることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載のフッ化物結晶の製造方法。The method for producing a fluoride crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material and the scavenger are reacted in the crystallization step at a temperature higher than the processing temperature in the fluorine substitution step. . 前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有する気体であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載のフッ化物結晶の製造方法。The method for producing a fluoride crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluorine-containing gas is a gas having fluorine as a constituent element of a molecule. 前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有するとともに常温で液体として存在する物質から、加熱及び/又は減圧により発生させたガスであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載のフッ化物結晶の製造方法。6. The gas according to claim 1, wherein the fluorine-containing gas is a gas generated by heating and / or depressurizing a substance having fluorine as a constituent element of a molecule and existing as a liquid at room temperature. 5. A method for producing a fluoride crystal according to any one of the above. 前記フッ素含有ガスが、分子の構成元素としてフッ素を有するとともに常温で固体として存在する物質から、加熱及び/又は減圧により発生させたものであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載のフッ化物結晶の製造方法。The method according to claim 1, wherein the fluorine-containing gas is generated by heating and / or reducing pressure from a substance having fluorine as a constituent element of a molecule and existing as a solid at room temperature. 5. A method for producing a fluoride crystal according to any one of the above. 前記フッ素含有ガスが、フッ素ガスであることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一つに記載のフッ化物結晶の製造方法。The method for producing a fluoride crystal according to any one of claims 1 to 8, wherein the fluorine-containing gas is a fluorine gas. 前記フッ素含有ガスが、前記フッ素ガスと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項9に記載のフッ化物結晶の製造方法。The method for producing a fluoride crystal according to claim 9, wherein the fluorine-containing gas is a mixed gas of the fluorine gas and an inert gas. 前記請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、波長190nm以上250nm以下の内部透過率が99.8%/cm以上であることを特徴とするフッ化物結晶。A fluoride crystal produced by the production method according to any one of claims 1 to 10, wherein an internal transmittance at a wavelength of 190 nm or more and 250 nm or less is 99.8% / cm or more. Fluoride crystals. 前記請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、波長150nm以上190nm未満の内部透過率が99.5%/cm以上であることを特徴とするフッ化物結晶。A fluoride crystal produced by the production method according to claim 1, wherein an internal transmittance at a wavelength of 150 nm or more and less than 190 nm is 99.5% / cm or more. Fluoride crystals. 前記請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、150nm〜250nmのいずれかの波長のパルスレーザーを、10mJ/cm/pulseの強度で、1×10パルス照射した後の透過率の低下量が0.5%/cm以下であることを特徴とするフッ化物結晶。It is a fluoride crystal manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein a pulse laser having a wavelength of any of 150 nm to 250 nm is applied at an intensity of 10 mJ / cm 2 / pulse, A fluoride crystal characterized in that the transmittance is reduced by 0.5% / cm or less after 1 × 10 5 pulse irradiation. 前記請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶であって、インゴット内部の複数の位置の190nm以下の波長での内部透過率の差が0.3%/cm以下であることを特徴とするフッ化物結晶。A fluoride crystal manufactured by the manufacturing method according to claim 1, wherein a difference in internal transmittance at a plurality of positions inside the ingot at a wavelength of 190 nm or less is 0.3%. / Cm or less. 前記請求項1乃至10の何れか一つに記載の製造方法により製造されたフッ化物結晶から切り出したフッ化物結晶素材であって、素材内部の複数の位置の190nm以下の波長での内部透過率の差が0.3%/cm以下であることを特徴とするフッ化物結晶。A fluoride crystal material cut out from the fluoride crystal manufactured by the manufacturing method according to claim 1, wherein internal transmittance at a plurality of positions inside the material at a wavelength of 190 nm or less. Is not more than 0.3% / cm.
JP2003108654A 2003-04-14 2003-04-14 Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device Pending JP2004315255A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003108654A JP2004315255A (en) 2003-04-14 2003-04-14 Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003108654A JP2004315255A (en) 2003-04-14 2003-04-14 Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004315255A true JP2004315255A (en) 2004-11-11

Family

ID=33470050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003108654A Pending JP2004315255A (en) 2003-04-14 2003-04-14 Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004315255A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005116305A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-08 Nikon Corporation Method for producing calcium fluoride crystal
JP2006315917A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Hitachi Chem Co Ltd Fluoride single crystal, its growing method and lens
JP2006315918A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Hitachi Chem Co Ltd Fluoride single crystal, its growing method and lens
JP2008540303A (en) * 2005-05-05 2008-11-20 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド Synthesis of starting materials for the growth of fluoride crystals with improved outgassing
WO2013015301A1 (en) * 2011-07-26 2013-01-31 株式会社ニコン Crucible for manufacturing compound crystal, apparatus for manufacturing compound crystal, and method for manufacturing compound crystal using crucible

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005116305A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-08 Nikon Corporation Method for producing calcium fluoride crystal
JP2008540303A (en) * 2005-05-05 2008-11-20 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド Synthesis of starting materials for the growth of fluoride crystals with improved outgassing
JP2006315917A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Hitachi Chem Co Ltd Fluoride single crystal, its growing method and lens
JP2006315918A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Hitachi Chem Co Ltd Fluoride single crystal, its growing method and lens
WO2013015301A1 (en) * 2011-07-26 2013-01-31 株式会社ニコン Crucible for manufacturing compound crystal, apparatus for manufacturing compound crystal, and method for manufacturing compound crystal using crucible
JPWO2013015301A1 (en) * 2011-07-26 2015-02-23 株式会社ニコン Crucible for producing compound crystal, apparatus for producing compound crystal, and method for producing compound crystal using crucible

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6364946B2 (en) Methods for growing large-volume single crystals from calcium fluoride and their uses
US7837969B2 (en) Method of making large-volume CaF2 single crystals for optical elements with an optic axis parallel to the (100)-or (110)-crystal axis and CaF2 single crystal made thereby
JP3969865B2 (en) Method for producing fluoride crystals
JP2004526654A (en) Preparation of Barium Fluoride Crystal Transmitting Light of 157 nm Wavelength Using Transmissive Graphite
JP2011075686A (en) Optical element and light source
JP5260797B2 (en) Fluorite manufacturing method
JP2004315255A (en) Method for manufacturing fluoride crystal, fluoride crystal, optical system, and optical lithography device
JP5741691B2 (en) Crucible for producing compound crystal, apparatus for producing compound crystal, and method for producing compound crystal using crucible
JP2007005777A (en) Last lens of immersion exposure device
JP4463730B2 (en) Method for producing metal fluoride single crystal
JP2003238152A (en) Method for making crystal
JP4092515B2 (en) Fluorite manufacturing method
JP4024577B2 (en) Method for producing fluoride single crystal
WO2005116305A1 (en) Method for producing calcium fluoride crystal
JP4839205B2 (en) Fluorite manufacturing method
JP5030861B2 (en) Ferroelectric fluoride crystal
JP2005239540A (en) Method for producing low stress, large volume crystal with reduced stress birefringence and homogeneous refractive index, and crystal produced by the same
JP6035584B2 (en) Method for producing fluorite crystals
JP2005035825A (en) Crucible and method for manufacturing fluoride crystal
JPH10203899A (en) Fluorite little in alkaline earth metal impurities and its production
JP4158252B2 (en) Fluorite single crystal, heat treatment method thereof, and method for producing fluorite single crystal material
JP2011026142A (en) Method for growing fluoride crystal, fluoride crystal, and optical member
JP2005330123A (en) Method for producing caf2 crystal
JP2008156164A (en) Fluorite
US20060037531A1 (en) Furnace purification and metal fluoride crystals grown in a purified furnace