JP2004534381A - 高繰返しレートエキシマーレーザ結晶光学素子及び＜２００ｎｍＵＶ透過フッ化物光学結晶の作成方法 - Google Patents
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Abstract
繰返しレートが４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ用の結晶光学素子の作成方法が提供される。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するためにフッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、結晶成長るつぼに粉砕フッ化マグネシウム供給原料を投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液から方位が定められたフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程、及びレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶から高繰返しレート(≧４ｋＨｚ)エキシマーレーザ出力を透過させるためのエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する工程を含む。
Description
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、名称を「高繰返しレートエキシマーレーザシステム」とする、エム・ペル(M. Pell)，シー・エム・スミス(C. M. Smith)，アール・ダブリュー・スパロー(R. W. Sparrow)及びピー・エム・ゼン(P. M. Then)により２００２年２月１３日に出願された、米国仮特許出願(弁理士事件整理番号：ＳＰ０２−０３０Ｐ)の恩典を主張するものであり、その明細書を本明細書に参照として含む。
【０００２】
本出願は、また、名称を「高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学素子」とする、アール・ダブリュー・スパローにより２００１年３月２日に出願された、米国仮特許出願第６０/２７２８１４号の恩典を主張するものであり、その明細書も本明細書に参照として含む。
【０００３】
本出願は、また、名称を「高繰返しレートエキシマーレーザシステム」とする、エム・ペル，シー・エム・スミス，アール・ダブリュー・スパロー及びピー・エム・ゼンにより同時出願された、ＰＣＴ出願(弁理士事件整理番号：ＳＰ０１−０３３Ａ)の恩典を主張するものであり、その明細書も本明細書に参照として含む。
【技術分野】
【０００４】
本発明は全般的にはＵＶ透過フッ化物光学結晶に関し、特に、高繰返しレートエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶に関する。
【背景技術】
【０００５】
本発明は高繰返しレート(繰返しレート≧４ｋＨｚ)フッ化物エキシマーレーザによりつくられたＵＶ波長(λ)光子を透過させるため及び制御するためのレーザ用フッ化マグネシウム光学素子の作成を含む。高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学素子は、繰返しレート４ｋＨｚ以上の高繰返しレートレーザシステムの動作における改善された信頼性を備える。フッ化マグネシウムを備える高繰返しレートレーザは、レーザ光学素子の破滅的損傷及びこれにともなう破滅的レーザシステム故障を回避するレーザ用フッ化マグネシウム光学素子の信頼性により、長期(５億パルスより多く、好ましくは９億パルス以上)のレーザシステム動作時間にわたり、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)で高レーザパワー(１０ｍＪ以上)出力を発生できる。好ましい実施形態において、レーザ用フッ化マグネシウム光学素子は４ｋＨｚの繰返しレート及び１０ｍＪの出力パワーをもつ、２００ｎｍより短波長のＵＶ光で動作するＡｒＦエキシマーレーザで利用される。
【０００６】
半導体チップの製造は光源としてエキシマーレーザを用いて達成できる。最初に用いられたエキシマーレーザは波長が〜２４８ｎｍのフッ化クリプトンレーザであった。半導体チップ技術が進化するにつれて、さらに高いエネルギー及びさらに高い繰返しレートをもつレーザが要求される。そのようなエキシマーレーザの１つに、〜１９３ｎｍで発光するフッ化アルゴンレーザが知られている。様々な用途に対して、繰返しレートが４ｋＨｚであるようなレーザを有することが好ましい。４ｋＨｚのような高繰返しレートでは、フッ化物光学結晶のチャンバ窓が比較的短い時間幅[出力パワーが１０ｍＪの４ｋＨｚ,１９３ｎｍＡｒＦレーザに対して５億パルス未満]内に破滅的損傷を受け得る。フッ化物光学結晶窓に対する損傷は、クラック発生のように激烈であり得るが、最小でも波面歪及び複屈折の増大が生じ得る。フッ化物光学結晶窓の交換はレーザの稼働コストを高め、よってチップ製造業者の所有コストを増加させる結果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は波長が２００ｎｍより短いＵＶ光を透過させるためのフッ化マグネシウム結晶の作成を含む。本発明は、フッ化マグネシウム結晶の方位がフッ化マグネシウムの固有複屈折の影響を最小限に抑えるに適する方位に定められた、少なくとも４ｋＨｚの高繰返しレートで動作する、リソグラフィ用〜１９３ｎｍ(約１９３ｎｍを中心とする)エキシマーレーザのためのフッ化マグネシウム結晶光学素子の作成を含む。繰返しレートが４ｋＨｚ以上のリソグラフィ用１９３ｎｍエキシマーレーザのためのフッ化マグネシウム結晶光学素子は、リソグラフィ用１９３ｎｍエキシマーレーザの所有コストの低減をもたらす、光学素子のより長い寿命及び改善された性能という恩恵を提供する。本発明は、２００ｎｍより短波長の光用のフッ化物光学結晶により２００ｎｍより短波長のＵＶ光を透過させるための、２００ｎｍより短波長の光用のフッ化物光学結晶を提供する。本発明は、１９３ｎｍ以下のＵＶ波長を透過させるためのエキシマーレーザ用フッ化物光学結晶及び光学素子の作成を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、エキシマーレーザ用結晶光学素子、好ましくは繰返しレートが４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ用の結晶光学素子の作成方法に関する。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するためにフッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を提供する工程、方位が定められた種結晶を受け入れるための種結晶受けを有するフッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を結晶成長るつぼの種結晶受けに挿入する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率が少なくとも３０％のレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程、及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶からエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する工程を含む。エキシマーレーザ用結晶光学素子は、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)エキシマーレーザ出力を透過させるための高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)エキシマーレーザ用結晶光学素子であることが好ましい。
【０００９】
別の実施形態において、本発明はフッ化マグネシウム光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するためにフッ化マグネシウム固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程を含む。
【００１０】
別の実施形態において、本発明はフッ化物光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料を提供するためにフッ化物固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化物結晶供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化物融液を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液からフッ化物結晶を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶を冷却する工程を含む。
【００１１】
本発明の様々な実施形態のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、その説明からある程度は容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を添付図面とともに含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することにより認められるであろう。
【００１２】
上述の一般的説明及び以下の詳細な説明が、本発明の実施形態を提示し、特許請求されている本発明の本質及び特性を理解するための概観または枠組みの提供を目的としていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施形態を詳細に参照する。
【００１４】
本発明はエキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法を含む。本方法は繰返しレートが４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ用の結晶光学素子の作成を含むことが好ましい。図１〜３は繰返しレート４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザシステムの実施形態を示す。エキシマーレーザチャンバ２２は、レーザチャンバ２２内の放電によりつくられたレーザ光を出力するための、２つのフッ化マグネシウム結晶光学窓２０を備える。好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム結晶レーザチャンバ窓２０は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸に垂直な方位の平坦な窓面を有する。図１〜２に示されるように、チャンバ窓２０の平坦窓面２６は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸結晶方位に実質的に垂直であり、出力される１９３ｎｍエキシマーレーザ光線は結晶のｃ軸に実質的に平行である。別の好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム結晶レーザチャンバ窓２０は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸に垂直ではない方位の平坦な窓面を有する。図３に示されるように、チャンバ窓２０の平坦窓面２８はフッ化マグネシウム結晶のｃ軸結晶方位に垂直ではなく、エキシマーレーザチャンバ２２から出力されるエキシマーレーザ出力光線は結晶のｃ軸に実質的に平行である。図１はフッ化マグネシウム結晶光学窓２０を通してレーザチャンバ２２から出力された光子を透過させ、制御する、３つのフッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０を含む実施形態を示す。フッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０はエキシマーレーザ挟帯域化フッ化マグネシウム結晶モジュールのビーム拡大プリズムである。エキシマーレーザ出力はフッ化マグネシウム結晶光学プリズムのｃ軸に実質的に平行にプリズム３０を透過し、光線はフッ化マグネシウムのｃ軸に実質的に平行であることが好ましい。フッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０はｃ軸成長フッ化マグネシウム結晶方位を有し、フッ化マグネシウム結晶はｃ軸方位種結晶を基に成長した結晶であることが好ましい。
【００１５】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法はフッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含む。フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程は、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、フッ化マグネシウムの化学合成に続いて精製プロセスを経た単結晶または多結晶フッ化マグネシウムであることが好ましい、フッ化マグネシウム結晶固態材料である。好ましい実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、化学合成された沈殿フッ化マグネシウム粉末の精製及び溶融により得られる。好ましい実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、合成されたフッ化マグネシウムの昇華により得られる。精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、好ましくは少なくとも１回、さらに好ましくは少なくとも２回、昇華されて、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体が固体留出物に凝縮され、汚染物の濃縮汚染または昇華後のハンドリングによる汚染が回避されていることが好ましい。一実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、フッ化マグネシウムを脱除剤とともに予備溶融することにより得られる。一実施形態において、脱除剤を加えたフッ化マグネシウムの予備溶融は、フッ化鉛のような固体脱除剤を利用する。あるいは、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を得るため、固体脱除剤に代えて、化学合成された沈殿フッ化マグネシウムの溶融の前及び／または溶融中のガス脱除法によるように、ＣＦ４のようなフッ素含有ガス脱除剤が利用される。
【００１６】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法は、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程を含む。金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程は、フッ化マグネシウムの金属汚染を生じさせ得る金属面との接触を阻止する工程を含む。提供されたフッ化マグネシウム固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程は、金属汚染レベルを最小限に抑えた粉砕精製フッ化マグネシウム供給原料を提供する。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料は次いで、溶融されて、結晶化前フッ化マグネシウム融液にされる。図４〜５ｃに示されるように、フッ化マグネシウム固体前駆体５０は金属と接触せずに粉砕されてフッ化マグネシウム供給原料５２にされる。金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体５０を粉砕する工程は、粉砕の間、フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含む。好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム固体前駆体及び粉砕フッ化マグネシウム供給原料は金属に接触させずに粉砕する工程の間、厚さが少なくとも５ミル(約０.１２ｍｍ)、さらに好ましくは８ミル(約０.２０ｍｍ)以上の、適切な大きさ(好ましくは少なくとも１２インチ長×１２インチ幅、すなわち、好ましくは少なくとも約３０ｃｍ×３０ｃｍ)につくられたプラスチックバッグのような、柔軟で丈夫な非金属の高分子プラスチックバッグ５４に収められる。フッ化マグネシウム固体前駆体は、長径が好ましくは１インチ(２.５４ｃｍ)未満、さらに好ましくは３/４インチ(１.９ｃｍ)未満、一層好ましくは１/２インチ(１.３ｃｍ)未満、なお一層好ましくは１ｃｍ未満の供給原料粒、最も好ましくは約１/４インチ×１/４インチ×１/４インチをこえない供給原料粒(すなわち、長径が約０.６３５ｃｍをこえない粉砕粒)に粉砕される。図４に示されるように、フッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕するための金属非接触粉砕衝撃力を加えるために非金属の木製マレットを用いることができる。図５ａ〜ｃに示されるように、非金属製破砕機台５８上に支持されたフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕するために粉砕衝撃子５６を利用することができる。好ましい実施形態において、非金属製粉砕衝撃子５６及び非金属製粉砕機台５８は、堅木またはＭｇＦ２結晶材料自体のような丈夫で堅い非金属材料からつくられる。衝撃粉砕力は、エアハンマー打撃によるような空気圧、水圧、自由落下重量衝撃力、またはその他の適当な繰返し粉砕力により加えることができる。フッ化マグネシウム固体前駆体５０を金属に接触させずに粉砕してフッ化マグネシウム供給原料５２にする工程は、木製マレット、木製ホルダー／プレート、堅木製粉砕機、結晶マレットのような、非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れる工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが最も好ましい。
【００１７】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法は、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を提供する工程、種結晶を受け入れるための種結晶受けを有するフッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程及びｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を結晶成長るつぼの種結晶受けに挿入する工程を含む。図６に示されるように、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶６０が、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼ６２内での種結晶方位に基づくｃ軸方位結晶の成長に備えるために、るつぼの種結晶受け６４に挿入される。図７に示されるように、本方法は、粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を結晶成長るつぼ６２に投入する工程を含む。好ましい実施形態において、結晶成長るつぼは黒鉛からなる。結晶成長るつぼ６２に投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２は、好ましくは、図８〜１０，１４〜１７に示される真空／制御雰囲気ストックバーガー結晶成長炉のような、真空雰囲気ストックバーガー結晶成長炉内で溶融され、次いで、結晶に成長する。本方法は、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程、路長４２ｍｍの結晶に対する１２０ｎｍ光透過率が少なくとも３０％のレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶６８をるつぼ及び炉内で冷却する工程、及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶から高繰返しレートエキシマーレーザ出力を透過させるためのエキシマーレーザ用結晶光学素子２０を形成する工程を含む。図７〜１１に示されるように、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために結晶成長るつぼ６２に投入した粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融し、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６に漸進的並進移動で凝固化温度勾配を通過させることにより融液６６からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を成長させ、次いで、レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するためにｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を室温まで徐冷する。レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０は、路長４２ｍｍの結晶に対する少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率を含む光学品質を有する高品質フッ化マグネシウム光学結晶であることが好ましい。好ましい実施形態において、本方法は、汚染物脱除剤を提供する工程及び結晶成長るつぼ内でのフッ化マグネシウム供給原料の溶融の前または溶融中に供給原料から汚染物を脱除する工程を含む。好ましい実施形態において、投入された供給原料にフッ化鉛汚染物脱除剤が添加され、フッ化鉛汚染物脱除剤がフッ化マグネシウムから汚染物を脱除する。約０.１〜１０重量％の間のフッ化鉛が用いられることが好ましく、フッ化鉛汚染物脱除剤は少なくとも０.５％であることがさらに好ましく、０.５％から２％のフッ化鉛が最も好ましい。フッ化鉛汚染物脱除剤は金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低い、高純度であることが好ましい。別の実施形態において、投入された供給原料は、好ましくはるつぼ内で溶融前に、フッ素含有ガス脱除剤で汚染物が脱除される。結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程は、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶の９０％より多くを溶融させない工程を含むことも好ましく、種結晶の約５０％より多くを溶融させないことがさらに好ましい。フッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程は、結晶成長るつぼ６２及びその中の融液６６を、１ｍｍ/時間をこえない速度で、フッ化マグネシウム結晶成長温度勾配を通して降下させる工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、好ましくは少なくとも３５％、最も好ましくは少なくとも４０％の、路長４２ｍｍの結晶に対する１２０ｎｍ光透過率を有する。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの２５５ｎｍ誘起吸収が０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。図１２〜１３は、路長４２ｍｍの結晶に対する少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの０.０８吸収/４２ｍｍより小さい２５５ｎｍ誘起吸収及び波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対して０.００１７ｃｍ−１より小さい吸収係数を含む光学品質をもつフッ化マグネシウム光学結晶のＶＵＶ(真空紫外)／ＵＶプロットを示す。４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときのフッ化物光学結晶の２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料の金属汚染物レベルは重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料の遷移元素金属汚染物レベルは重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のＦｅ汚染レベルは重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のクロム汚染レベルは重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶の銅汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のコバルト汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のＡｌ汚染レベルは重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のニッケル汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のバナジウム汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶の鉛汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のモリブデン汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のマンガン汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いことが好ましい。
【００１８】
本発明は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、金属に接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程による、フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法を含む。図４〜１１及び１４〜１７は、フッ化マグネシウム光学結晶７０の作成を示す。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体５０を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料５２を提供するために、金属に接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体５０を粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼ６２を提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を結晶成長るつぼ６２に投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６からフッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶６８を冷却する工程を含む。結晶の作成が図１４〜１５に示される。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料５２がるつぼ６２内に入れられる。供給原料５２が加熱されて液相になる(ＭｇＦ２に対しては約１３５０(±３０)℃)。るつぼが加熱領域Ｒ１から徐々に降下し、液体を臨界温度以下に冷却することができる領域Ｒ２で結晶６８が成長する。液体温度Ｔ１と結晶温度Ｔ２の間の差により結晶／液体複合体にかかる温度勾配が生じる。結晶成長段階が完了すると、結晶を熱平衡させるため及び結晶の熱歪発生を避けるため、結晶が高い炉温から室温まで徐冷される。結晶を冷却する工程は、結晶をアニールする工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム結晶は、約２４時間かけて約９００〜１０００℃の熱平衡に到達させることが好ましい。図１５は、結晶アニールプロセスの一実施形態を示す。図１５において、結晶が加熱領域Ｒ１に戻されるが、温度は結晶を液化するに必要な温度より低い。結晶は、上部、底部及び側面から熱を失う。結晶温度はある値、一般には室温に達するまで、徐々に下げられる(結晶のアニールには、１℃/時間より遅い冷却速度で温度を１０００℃から５０℃にするために、ほぼ３０日間もかかり得る)。通常は、Ｔ１とＴ２の間の差で表わされるような垂直方向温度勾配が存在するまま、結晶温度が徐々に下げられる。結晶が完全に冷却した後、一般に、フッ化マグネシウム光学結晶を作成するために端部が切り落とされる。次いで、レンズ、窓またはプリズムのような光学素子を作成するため、フッ化マグネシウム光学結晶を、研削、整形、切削及び／または研磨することができる。一実施形態において、本方法は、結晶の全体温度を徐々に下げている間も結晶にかかる最小限の温度勾配を維持する工程を含むことができる。一実施形態において、結晶成長中の温度勾配を与えるが、結晶冷却中の温度勾配は最小限に抑えるために、温度制御システムを利用できる。一実施形態において、るつぼ下の副加熱器が用いられる。副加熱器は冷却／アニールプロセス中の結晶における温度勾配を最小限に抑えるための熱を供給する。副加熱器は、適切な温度勾配を有効に維持するために、るつぼの底部近傍に配置することができる。高温の結晶が比較的低い降伏強度を有する場合、初期冷却段階の間は小さな温度勾配を維持することが特に重要である。図１７に示されるように、結晶６８の上部及び側面の近傍に配置された主加熱システム並びに結晶の底部近傍に配置された副加熱システムにより、時間の経過とともに低下する値で結晶温度を維持するために、主及び副加熱システムを用いて熱を供給することが可能になる。一実施形態が図１６に簡略に示される。熱源１２１は溶融及び結晶成長に必要な高温を維持することができる。成長段階が完了すると、アニール工程の間、温度制御システム１２２が結晶を実質的に一様な温度に維持する。温度制御システム１２２は、結晶材料に適切な限界内に垂直方向温度勾配を維持する。温度制御システム１２２は、温度勾配を限界内に抑えながら、アニール工程中の結晶温度を徐々に低下させる。温度制御システムは、結晶近傍に適切な間隔をおいて配置された輻射加熱素子、断熱材、誘導加熱器、監視及び制御システム並びにこれらの組合せを含む、当業者には明らかであろう様々な方法で実装することができる。図１７は一実施形態を断面図で示す。結晶成長炉は、炉壁体６０１，支持構造体６０２，るつぼ支持柱６０３，基盤６０４，るつぼ６２，主熱遮蔽６０６及び主加熱器６０７，副加熱器６１１及び副熱遮蔽６１２を備える。副加熱器６１１は、結晶アニール段階の間、使用でき、熱を供給することができる。副加熱器６１１は主加熱器６０７とともに稼働することができ、アニールされている結晶の下から熱を供給することができる。複数の熱源により、大きな温度勾配を生じさせ得る不等熱損失をおこさせずに、アニールに必要な温度プロファイルが与えられる。主加熱器６０７及び副加熱器６１１からの所要電力は、炉寸法、結晶材料特性、熱遮蔽性能、及びるつぼ寸法に関係する。一例として、るつぼ６２の直径は約８インチ(約２０３ｍｍ)とすることができる。炉壁体６０１は、直径が約２０〜４０インチ(約５０８〜１０２０ｍｍ)で高さが約４０インチ(約１０２０ｍｍ)の容積を定めることができる。アニール工程開始時に、主加熱器６０７は約６ｋＷを供給でき、副加熱器６１１は約３.５ｋＷを供給できる。主加熱器６０７及び副加熱器６１１の電力は、アニール工程中に、例えば直線的に、下げることができる。主熱遮蔽６０６及び副熱遮蔽６１２は１/４〜１/２インチ(約６.３５〜１２.７ｍｍ)厚の黒鉛とすることができる。るつぼで作成されるフッ化マグネシウム光学結晶の外径寸法がほぼ正味の形状寸法であるように、細長い結晶成長るつぼの内径寸法は結晶から形成される光学素子の所要長寸に近いことが好ましく、結晶成長るつぼの内径はフッ化物光学結晶光学素子の長寸(直径)の１４０％をこえないことが好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法は約１３０％をこえないことがさらに好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法は約１２０％をこえないことが一層好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法はるつぼ内のフッ化物光学結晶から形成されるフッ化物光学結晶光学素子の長寸(直径)の約１１０％をこえないことが最も好ましい(１０５〜１１０％の大きさが好ましい)。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は、粉砕中、フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収める工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料は、金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、遷移元素金属汚染物レベルが重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶は、Ｆｅ汚染レベルが重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低く、クロム汚染レベルが重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低く、銅汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低く、コバルト汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低く、Ａｌ汚染レベルが重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低く、ニッケル汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低く、バナジウム汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低く、鉛汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低く、モリブデン汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低く、マンガン汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率は、少なくとも３０％であることが望ましく、少なくとも３５％であることがさらに好ましく、少なくとも４０％であることが最も好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。
【００１９】
本発明はフッ化物光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料を提供するためにフッ化物固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼを提供する工程、結晶成長るつぼに粉砕フッ化物結晶供給原料を投入する工程、結晶化前フッ化物融液を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液からフッ化物結晶を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶を冷却する工程を含む。図４〜１１及び１４〜１７は光学結晶７０の作成を示す。フッ化物光学結晶７０の作成は、フッ化物結晶固定前駆体５０を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料５２を提供するためにフッ化物固体前駆体５０を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼ６２を提供する工程、結晶成長るつぼ６２に粉砕フッ化物結晶供給原料５２を投入する工程、結晶化前フッ化物融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液６６からフッ化物結晶６８を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶６８を冷却する工程を含む。フッ化物光学結晶の作成方法は精製結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法は、粉砕の間、精製結晶固体前駆体を柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法は非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収める工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化物供給原料は、金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、遷移元素金属汚染物レベルが重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。フッ化物光学結晶は、Ｆｅ汚染レベルが重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低く、クロム汚染レベルが重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低く、銅汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低く、コバルト汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低く、Ａｌ汚染レベルが重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低く、ニッケル汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低く、バナジウム汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低く、鉛汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低いことが好ましい。フッ化物光学結晶の、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率は、少なくとも３０％であることが好ましく、少なくとも３５％であることがさらに好ましく、少なくとも４０％であることが最も好ましい。フッ化物光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化物光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化物光学結晶は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。
【００２０】
図１８は、５ｍｍ厚フッ化物光学結晶の、未露光時及び４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光された後の、路長５ｍｍの２５５ｎｍ吸収のグラフである。本グラフは、粉砕低金属汚染物フッ化物光学結晶供給原料を提供するための、フッ化物光学結晶固体前駆体の金属非接触粉砕の利点を示すものである。プラスチックバッグ内部のフッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに木製マレットで粉砕することにより作成された金属非接触粉砕型フッ化マグネシウム光学結晶が図の左側に示される。その後、金属非接触粉砕フッ化マグネシウム光学結晶供給原料を、２レベル(２％および０.５％)のフッ化鉛脱除剤と混合し、結晶成長るつぼに投入した。対照フッ化マグネシウム光学結晶を、同様に、但し標準の工業用金属製粉砕機を用いて、作成した。図１８は、本発明にしたがい、金属非接触粉砕フッ化マグネシウム結晶供給原料を利用して得られた、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの２５５ｎｍ誘起吸収が０.０１吸収/５ｍｍより小さい、改善された結晶を示す。
【００２１】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、そのような改変及び変形が特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を示す
【図２】本発明の一実施形態を示す
【図３】本発明の一実施形態を示す
【図４】本発明の一実施形態を示す
【図５ａ】本発明の一実施形態を示す
【図５ｂ】本発明の一実施形態を示す
【図５ｃ】本発明の一実施形態を示す
【図６】本発明の一実施形態を示す
【図７】本発明の一実施形態を示す
【図８】本発明の一実施形態を示す
【図９】本発明の一実施形態を示す
【図１０】本発明の一実施形態を示す
【図１１】本発明の一実施形態を示す
【図１２】本発明の一実施形態を示す
【図１３】本発明の一実施形態を示す
【図１４】本発明の一実施形態を示す
【図１５】本発明の一実施形態を示す
【図１６】本発明の一実施形態を示す
【図１７】本発明の一実施形態を示す
【図１８】本発明の一実施形態を示す
【符号の説明】
【００２３】
２０ フッ化マグネシウム結晶光学窓
２２ レーザチャンバ
２６ 平坦窓面
３０ フッ化マグネシウム結晶光学プリズム
５０ フッ化マグネシウム固体前駆体
５２ 粉砕フッ化マグネシウム供給原料
５４ プラスチックバッグ
６０ フッ化マグネシウム種結晶
６２ るつぼ
６６ フッ化マグネシウム融液
６８ フッ化マグネシウム結晶
７０ レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶
【０００１】
本出願は、名称を「高繰返しレートエキシマーレーザシステム」とする、エム・ペル(M. Pell)，シー・エム・スミス(C. M. Smith)，アール・ダブリュー・スパロー(R. W. Sparrow)及びピー・エム・ゼン(P. M. Then)により２００２年２月１３日に出願された、米国仮特許出願(弁理士事件整理番号：ＳＰ０２−０３０Ｐ)の恩典を主張するものであり、その明細書を本明細書に参照として含む。
【０００２】
本出願は、また、名称を「高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学素子」とする、アール・ダブリュー・スパローにより２００１年３月２日に出願された、米国仮特許出願第６０/２７２８１４号の恩典を主張するものであり、その明細書も本明細書に参照として含む。
【０００３】
本出願は、また、名称を「高繰返しレートエキシマーレーザシステム」とする、エム・ペル，シー・エム・スミス，アール・ダブリュー・スパロー及びピー・エム・ゼンにより同時出願された、ＰＣＴ出願(弁理士事件整理番号：ＳＰ０１−０３３Ａ)の恩典を主張するものであり、その明細書も本明細書に参照として含む。
【技術分野】
【０００４】
本発明は全般的にはＵＶ透過フッ化物光学結晶に関し、特に、高繰返しレートエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶に関する。
【背景技術】
【０００５】
本発明は高繰返しレート(繰返しレート≧４ｋＨｚ)フッ化物エキシマーレーザによりつくられたＵＶ波長(λ)光子を透過させるため及び制御するためのレーザ用フッ化マグネシウム光学素子の作成を含む。高繰返しレートＵＶエキシマーレーザ用フッ化マグネシウム光学素子は、繰返しレート４ｋＨｚ以上の高繰返しレートレーザシステムの動作における改善された信頼性を備える。フッ化マグネシウムを備える高繰返しレートレーザは、レーザ光学素子の破滅的損傷及びこれにともなう破滅的レーザシステム故障を回避するレーザ用フッ化マグネシウム光学素子の信頼性により、長期(５億パルスより多く、好ましくは９億パルス以上)のレーザシステム動作時間にわたり、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)で高レーザパワー(１０ｍＪ以上)出力を発生できる。好ましい実施形態において、レーザ用フッ化マグネシウム光学素子は４ｋＨｚの繰返しレート及び１０ｍＪの出力パワーをもつ、２００ｎｍより短波長のＵＶ光で動作するＡｒＦエキシマーレーザで利用される。
【０００６】
半導体チップの製造は光源としてエキシマーレーザを用いて達成できる。最初に用いられたエキシマーレーザは波長が〜２４８ｎｍのフッ化クリプトンレーザであった。半導体チップ技術が進化するにつれて、さらに高いエネルギー及びさらに高い繰返しレートをもつレーザが要求される。そのようなエキシマーレーザの１つに、〜１９３ｎｍで発光するフッ化アルゴンレーザが知られている。様々な用途に対して、繰返しレートが４ｋＨｚであるようなレーザを有することが好ましい。４ｋＨｚのような高繰返しレートでは、フッ化物光学結晶のチャンバ窓が比較的短い時間幅[出力パワーが１０ｍＪの４ｋＨｚ,１９３ｎｍＡｒＦレーザに対して５億パルス未満]内に破滅的損傷を受け得る。フッ化物光学結晶窓に対する損傷は、クラック発生のように激烈であり得るが、最小でも波面歪及び複屈折の増大が生じ得る。フッ化物光学結晶窓の交換はレーザの稼働コストを高め、よってチップ製造業者の所有コストを増加させる結果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は波長が２００ｎｍより短いＵＶ光を透過させるためのフッ化マグネシウム結晶の作成を含む。本発明は、フッ化マグネシウム結晶の方位がフッ化マグネシウムの固有複屈折の影響を最小限に抑えるに適する方位に定められた、少なくとも４ｋＨｚの高繰返しレートで動作する、リソグラフィ用〜１９３ｎｍ(約１９３ｎｍを中心とする)エキシマーレーザのためのフッ化マグネシウム結晶光学素子の作成を含む。繰返しレートが４ｋＨｚ以上のリソグラフィ用１９３ｎｍエキシマーレーザのためのフッ化マグネシウム結晶光学素子は、リソグラフィ用１９３ｎｍエキシマーレーザの所有コストの低減をもたらす、光学素子のより長い寿命及び改善された性能という恩恵を提供する。本発明は、２００ｎｍより短波長の光用のフッ化物光学結晶により２００ｎｍより短波長のＵＶ光を透過させるための、２００ｎｍより短波長の光用のフッ化物光学結晶を提供する。本発明は、１９３ｎｍ以下のＵＶ波長を透過させるためのエキシマーレーザ用フッ化物光学結晶及び光学素子の作成を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、エキシマーレーザ用結晶光学素子、好ましくは繰返しレートが４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ用の結晶光学素子の作成方法に関する。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するためにフッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を提供する工程、方位が定められた種結晶を受け入れるための種結晶受けを有するフッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を結晶成長るつぼの種結晶受けに挿入する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率が少なくとも３０％のレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程、及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶からエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する工程を含む。エキシマーレーザ用結晶光学素子は、高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)エキシマーレーザ出力を透過させるための高繰返しレート(４ｋＨｚ以上)エキシマーレーザ用結晶光学素子であることが好ましい。
【０００９】
別の実施形態において、本発明はフッ化マグネシウム光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するためにフッ化マグネシウム固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程を含む。
【００１０】
別の実施形態において、本発明はフッ化物光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料を提供するためにフッ化物固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化物結晶供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化物融液を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液からフッ化物結晶を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶を冷却する工程を含む。
【００１１】
本発明の様々な実施形態のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、その説明からある程度は容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を添付図面とともに含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することにより認められるであろう。
【００１２】
上述の一般的説明及び以下の詳細な説明が、本発明の実施形態を提示し、特許請求されている本発明の本質及び特性を理解するための概観または枠組みの提供を目的としていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施形態を詳細に参照する。
【００１４】
本発明はエキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法を含む。本方法は繰返しレートが４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザ用の結晶光学素子の作成を含むことが好ましい。図１〜３は繰返しレート４ｋＨｚ以上のフッ化アルゴンエキシマーレーザシステムの実施形態を示す。エキシマーレーザチャンバ２２は、レーザチャンバ２２内の放電によりつくられたレーザ光を出力するための、２つのフッ化マグネシウム結晶光学窓２０を備える。好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム結晶レーザチャンバ窓２０は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸に垂直な方位の平坦な窓面を有する。図１〜２に示されるように、チャンバ窓２０の平坦窓面２６は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸結晶方位に実質的に垂直であり、出力される１９３ｎｍエキシマーレーザ光線は結晶のｃ軸に実質的に平行である。別の好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム結晶レーザチャンバ窓２０は、フッ化マグネシウム結晶のｃ軸に垂直ではない方位の平坦な窓面を有する。図３に示されるように、チャンバ窓２０の平坦窓面２８はフッ化マグネシウム結晶のｃ軸結晶方位に垂直ではなく、エキシマーレーザチャンバ２２から出力されるエキシマーレーザ出力光線は結晶のｃ軸に実質的に平行である。図１はフッ化マグネシウム結晶光学窓２０を通してレーザチャンバ２２から出力された光子を透過させ、制御する、３つのフッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０を含む実施形態を示す。フッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０はエキシマーレーザ挟帯域化フッ化マグネシウム結晶モジュールのビーム拡大プリズムである。エキシマーレーザ出力はフッ化マグネシウム結晶光学プリズムのｃ軸に実質的に平行にプリズム３０を透過し、光線はフッ化マグネシウムのｃ軸に実質的に平行であることが好ましい。フッ化マグネシウム結晶光学プリズム３０はｃ軸成長フッ化マグネシウム結晶方位を有し、フッ化マグネシウム結晶はｃ軸方位種結晶を基に成長した結晶であることが好ましい。
【００１５】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法はフッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含む。フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程は、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、フッ化マグネシウムの化学合成に続いて精製プロセスを経た単結晶または多結晶フッ化マグネシウムであることが好ましい、フッ化マグネシウム結晶固態材料である。好ましい実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、化学合成された沈殿フッ化マグネシウム粉末の精製及び溶融により得られる。好ましい実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、合成されたフッ化マグネシウムの昇華により得られる。精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、好ましくは少なくとも１回、さらに好ましくは少なくとも２回、昇華されて、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体が固体留出物に凝縮され、汚染物の濃縮汚染または昇華後のハンドリングによる汚染が回避されていることが好ましい。一実施形態において、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体は、フッ化マグネシウムを脱除剤とともに予備溶融することにより得られる。一実施形態において、脱除剤を加えたフッ化マグネシウムの予備溶融は、フッ化鉛のような固体脱除剤を利用する。あるいは、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を得るため、固体脱除剤に代えて、化学合成された沈殿フッ化マグネシウムの溶融の前及び／または溶融中のガス脱除法によるように、ＣＦ４のようなフッ素含有ガス脱除剤が利用される。
【００１６】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法は、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程を含む。金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程は、フッ化マグネシウムの金属汚染を生じさせ得る金属面との接触を阻止する工程を含む。提供されたフッ化マグネシウム固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程は、金属汚染レベルを最小限に抑えた粉砕精製フッ化マグネシウム供給原料を提供する。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料は次いで、溶融されて、結晶化前フッ化マグネシウム融液にされる。図４〜５ｃに示されるように、フッ化マグネシウム固体前駆体５０は金属と接触せずに粉砕されてフッ化マグネシウム供給原料５２にされる。金属と接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体５０を粉砕する工程は、粉砕の間、フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含む。好ましい実施形態において、フッ化マグネシウム固体前駆体及び粉砕フッ化マグネシウム供給原料は金属に接触させずに粉砕する工程の間、厚さが少なくとも５ミル(約０.１２ｍｍ)、さらに好ましくは８ミル(約０.２０ｍｍ)以上の、適切な大きさ(好ましくは少なくとも１２インチ長×１２インチ幅、すなわち、好ましくは少なくとも約３０ｃｍ×３０ｃｍ)につくられたプラスチックバッグのような、柔軟で丈夫な非金属の高分子プラスチックバッグ５４に収められる。フッ化マグネシウム固体前駆体は、長径が好ましくは１インチ(２.５４ｃｍ)未満、さらに好ましくは３/４インチ(１.９ｃｍ)未満、一層好ましくは１/２インチ(１.３ｃｍ)未満、なお一層好ましくは１ｃｍ未満の供給原料粒、最も好ましくは約１/４インチ×１/４インチ×１/４インチをこえない供給原料粒(すなわち、長径が約０.６３５ｃｍをこえない粉砕粒)に粉砕される。図４に示されるように、フッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕するための金属非接触粉砕衝撃力を加えるために非金属の木製マレットを用いることができる。図５ａ〜ｃに示されるように、非金属製破砕機台５８上に支持されたフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕するために粉砕衝撃子５６を利用することができる。好ましい実施形態において、非金属製粉砕衝撃子５６及び非金属製粉砕機台５８は、堅木またはＭｇＦ２結晶材料自体のような丈夫で堅い非金属材料からつくられる。衝撃粉砕力は、エアハンマー打撃によるような空気圧、水圧、自由落下重量衝撃力、またはその他の適当な繰返し粉砕力により加えることができる。フッ化マグネシウム固体前駆体５０を金属に接触させずに粉砕してフッ化マグネシウム供給原料５２にする工程は、木製マレット、木製ホルダー／プレート、堅木製粉砕機、結晶マレットのような、非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れる工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが最も好ましい。
【００１７】
エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法は、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を提供する工程、種結晶を受け入れるための種結晶受けを有するフッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程及びｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を結晶成長るつぼの種結晶受けに挿入する工程を含む。図６に示されるように、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶６０が、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼ６２内での種結晶方位に基づくｃ軸方位結晶の成長に備えるために、るつぼの種結晶受け６４に挿入される。図７に示されるように、本方法は、粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を結晶成長るつぼ６２に投入する工程を含む。好ましい実施形態において、結晶成長るつぼは黒鉛からなる。結晶成長るつぼ６２に投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２は、好ましくは、図８〜１０，１４〜１７に示される真空／制御雰囲気ストックバーガー結晶成長炉のような、真空雰囲気ストックバーガー結晶成長炉内で溶融され、次いで、結晶に成長する。本方法は、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程、路長４２ｍｍの結晶に対する１２０ｎｍ光透過率が少なくとも３０％のレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶６８をるつぼ及び炉内で冷却する工程、及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶から高繰返しレートエキシマーレーザ出力を透過させるためのエキシマーレーザ用結晶光学素子２０を形成する工程を含む。図７〜１１に示されるように、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために結晶成長るつぼ６２に投入した粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融し、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６に漸進的並進移動で凝固化温度勾配を通過させることにより融液６６からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を成長させ、次いで、レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するためにｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶６８を室温まで徐冷する。レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶７０は、路長４２ｍｍの結晶に対する少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率を含む光学品質を有する高品質フッ化マグネシウム光学結晶であることが好ましい。好ましい実施形態において、本方法は、汚染物脱除剤を提供する工程及び結晶成長るつぼ内でのフッ化マグネシウム供給原料の溶融の前または溶融中に供給原料から汚染物を脱除する工程を含む。好ましい実施形態において、投入された供給原料にフッ化鉛汚染物脱除剤が添加され、フッ化鉛汚染物脱除剤がフッ化マグネシウムから汚染物を脱除する。約０.１〜１０重量％の間のフッ化鉛が用いられることが好ましく、フッ化鉛汚染物脱除剤は少なくとも０.５％であることがさらに好ましく、０.５％から２％のフッ化鉛が最も好ましい。フッ化鉛汚染物脱除剤は金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低い、高純度であることが好ましい。別の実施形態において、投入された供給原料は、好ましくはるつぼ内で溶融前に、フッ素含有ガス脱除剤で汚染物が脱除される。結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程は、ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶の９０％より多くを溶融させない工程を含むことも好ましく、種結晶の約５０％より多くを溶融させないことがさらに好ましい。フッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程は、結晶成長るつぼ６２及びその中の融液６６を、１ｍｍ/時間をこえない速度で、フッ化マグネシウム結晶成長温度勾配を通して降下させる工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、好ましくは少なくとも３５％、最も好ましくは少なくとも４０％の、路長４２ｍｍの結晶に対する１２０ｎｍ光透過率を有する。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの２５５ｎｍ誘起吸収が０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶７０及びレーザ用フッ化マグネシウム結晶２０は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。図１２〜１３は、路長４２ｍｍの結晶に対する少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの０.０８吸収/４２ｍｍより小さい２５５ｎｍ誘起吸収及び波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対して０.００１７ｃｍ−１より小さい吸収係数を含む光学品質をもつフッ化マグネシウム光学結晶のＶＵＶ(真空紫外)／ＵＶプロットを示す。４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときのフッ化物光学結晶の２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料の金属汚染物レベルは重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料の遷移元素金属汚染物レベルは重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のＦｅ汚染レベルは重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のクロム汚染レベルは重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶の銅汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のコバルト汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のＡｌ汚染レベルは重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のニッケル汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のバナジウム汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶の鉛汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のモリブデン汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低いことが好ましい。作成されたレーザ用フッ化マグネシウム光学結晶のマンガン汚染レベルは重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いことが好ましい。
【００１８】
本発明は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、金属に接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体を粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料を結晶成長るつぼに投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液からフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程による、フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法を含む。図４〜１１及び１４〜１７は、フッ化マグネシウム光学結晶７０の作成を示す。本方法は、フッ化マグネシウム結晶固体前駆体５０を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料５２を提供するために、金属に接触させずにフッ化マグネシウム固体前駆体５０を粉砕する工程、フッ化マグネシウム結晶成長るつぼ６２を提供する工程、粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を結晶成長るつぼ６２に投入する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化マグネシウム融液６６からフッ化マグネシウム結晶６８を成長させる工程、及びフッ化マグネシウム光学結晶７０を提供するために成長したフッ化マグネシウム結晶６８を冷却する工程を含む。結晶の作成が図１４〜１５に示される。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料５２がるつぼ６２内に入れられる。供給原料５２が加熱されて液相になる(ＭｇＦ２に対しては約１３５０(±３０)℃)。るつぼが加熱領域Ｒ１から徐々に降下し、液体を臨界温度以下に冷却することができる領域Ｒ２で結晶６８が成長する。液体温度Ｔ１と結晶温度Ｔ２の間の差により結晶／液体複合体にかかる温度勾配が生じる。結晶成長段階が完了すると、結晶を熱平衡させるため及び結晶の熱歪発生を避けるため、結晶が高い炉温から室温まで徐冷される。結晶を冷却する工程は、結晶をアニールする工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム結晶は、約２４時間かけて約９００〜１０００℃の熱平衡に到達させることが好ましい。図１５は、結晶アニールプロセスの一実施形態を示す。図１５において、結晶が加熱領域Ｒ１に戻されるが、温度は結晶を液化するに必要な温度より低い。結晶は、上部、底部及び側面から熱を失う。結晶温度はある値、一般には室温に達するまで、徐々に下げられる(結晶のアニールには、１℃/時間より遅い冷却速度で温度を１０００℃から５０℃にするために、ほぼ３０日間もかかり得る)。通常は、Ｔ１とＴ２の間の差で表わされるような垂直方向温度勾配が存在するまま、結晶温度が徐々に下げられる。結晶が完全に冷却した後、一般に、フッ化マグネシウム光学結晶を作成するために端部が切り落とされる。次いで、レンズ、窓またはプリズムのような光学素子を作成するため、フッ化マグネシウム光学結晶を、研削、整形、切削及び／または研磨することができる。一実施形態において、本方法は、結晶の全体温度を徐々に下げている間も結晶にかかる最小限の温度勾配を維持する工程を含むことができる。一実施形態において、結晶成長中の温度勾配を与えるが、結晶冷却中の温度勾配は最小限に抑えるために、温度制御システムを利用できる。一実施形態において、るつぼ下の副加熱器が用いられる。副加熱器は冷却／アニールプロセス中の結晶における温度勾配を最小限に抑えるための熱を供給する。副加熱器は、適切な温度勾配を有効に維持するために、るつぼの底部近傍に配置することができる。高温の結晶が比較的低い降伏強度を有する場合、初期冷却段階の間は小さな温度勾配を維持することが特に重要である。図１７に示されるように、結晶６８の上部及び側面の近傍に配置された主加熱システム並びに結晶の底部近傍に配置された副加熱システムにより、時間の経過とともに低下する値で結晶温度を維持するために、主及び副加熱システムを用いて熱を供給することが可能になる。一実施形態が図１６に簡略に示される。熱源１２１は溶融及び結晶成長に必要な高温を維持することができる。成長段階が完了すると、アニール工程の間、温度制御システム１２２が結晶を実質的に一様な温度に維持する。温度制御システム１２２は、結晶材料に適切な限界内に垂直方向温度勾配を維持する。温度制御システム１２２は、温度勾配を限界内に抑えながら、アニール工程中の結晶温度を徐々に低下させる。温度制御システムは、結晶近傍に適切な間隔をおいて配置された輻射加熱素子、断熱材、誘導加熱器、監視及び制御システム並びにこれらの組合せを含む、当業者には明らかであろう様々な方法で実装することができる。図１７は一実施形態を断面図で示す。結晶成長炉は、炉壁体６０１，支持構造体６０２，るつぼ支持柱６０３，基盤６０４，るつぼ６２，主熱遮蔽６０６及び主加熱器６０７，副加熱器６１１及び副熱遮蔽６１２を備える。副加熱器６１１は、結晶アニール段階の間、使用でき、熱を供給することができる。副加熱器６１１は主加熱器６０７とともに稼働することができ、アニールされている結晶の下から熱を供給することができる。複数の熱源により、大きな温度勾配を生じさせ得る不等熱損失をおこさせずに、アニールに必要な温度プロファイルが与えられる。主加熱器６０７及び副加熱器６１１からの所要電力は、炉寸法、結晶材料特性、熱遮蔽性能、及びるつぼ寸法に関係する。一例として、るつぼ６２の直径は約８インチ(約２０３ｍｍ)とすることができる。炉壁体６０１は、直径が約２０〜４０インチ(約５０８〜１０２０ｍｍ)で高さが約４０インチ(約１０２０ｍｍ)の容積を定めることができる。アニール工程開始時に、主加熱器６０７は約６ｋＷを供給でき、副加熱器６１１は約３.５ｋＷを供給できる。主加熱器６０７及び副加熱器６１１の電力は、アニール工程中に、例えば直線的に、下げることができる。主熱遮蔽６０６及び副熱遮蔽６１２は１/４〜１/２インチ(約６.３５〜１２.７ｍｍ)厚の黒鉛とすることができる。るつぼで作成されるフッ化マグネシウム光学結晶の外径寸法がほぼ正味の形状寸法であるように、細長い結晶成長るつぼの内径寸法は結晶から形成される光学素子の所要長寸に近いことが好ましく、結晶成長るつぼの内径はフッ化物光学結晶光学素子の長寸(直径)の１４０％をこえないことが好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法は約１３０％をこえないことがさらに好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法は約１２０％をこえないことが一層好ましく、結晶成長るつぼの内径寸法はるつぼ内のフッ化物光学結晶から形成されるフッ化物光学結晶光学素子の長寸(直径)の約１１０％をこえないことが最も好ましい(１０５〜１１０％の大きさが好ましい)。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は、粉砕中、フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法は非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収める工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料は、金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、遷移元素金属汚染物レベルが重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶は、Ｆｅ汚染レベルが重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低く、クロム汚染レベルが重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低く、銅汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低く、コバルト汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低く、Ａｌ汚染レベルが重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低く、ニッケル汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低く、バナジウム汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低く、鉛汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低く、モリブデン汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低く、マンガン汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率は、少なくとも３０％であることが望ましく、少なくとも３５％であることがさらに好ましく、少なくとも４０％であることが最も好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化マグネシウム光学結晶は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。
【００１９】
本発明はフッ化物光学結晶の作成方法を含む。本方法は、フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料を提供するためにフッ化物固体前駆体を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼを提供する工程、結晶成長るつぼに粉砕フッ化物結晶供給原料を投入する工程、結晶化前フッ化物融液を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液からフッ化物結晶を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶を冷却する工程を含む。図４〜１１及び１４〜１７は光学結晶７０の作成を示す。フッ化物光学結晶７０の作成は、フッ化物結晶固定前駆体５０を提供する工程、粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料５２を提供するためにフッ化物固体前駆体５０を金属と接触させずに粉砕する工程、フッ化物結晶成長るつぼ６２を提供する工程、結晶成長るつぼ６２に粉砕フッ化物結晶供給原料５２を投入する工程、結晶化前フッ化物融液６６を提供するために、投入された粉砕フッ化物結晶供給原料５２を溶融する工程、結晶化前フッ化物融液６６からフッ化物結晶６８を成長させる工程、及びフッ化物光学結晶を提供するために成長したフッ化物結晶６８を冷却する工程を含む。フッ化物光学結晶の作成方法は精製結晶固体前駆体を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法は、粉砕の間、精製結晶固体前駆体を柔軟な非金属容器内に収めておく工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法は非金属製粉砕機を提供する工程を含むことが好ましい。フッ化物光学結晶の作成方法はフッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に収める工程及び柔軟な非金属容器を介して固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことが好ましい。粉砕低金属汚染物フッ化物供給原料は、金属汚染物レベルが重量で１ｐｐｍより低いことが好ましく、遷移元素金属汚染物レベルが重量で０.７ｐｐｍをこえないことがさらに好ましい。フッ化物光学結晶は、Ｆｅ汚染レベルが重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低く、クロム汚染レベルが重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低く、銅汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低く、コバルト汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低く、Ａｌ汚染レベルが重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低く、ニッケル汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低く、バナジウム汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低く、鉛汚染レベルが重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低いことが好ましい。フッ化物光学結晶の、路長４２ｍｍの結晶の１２０ｎｍ光透過率は、少なくとも３０％であることが好ましく、少なくとも３５％であることがさらに好ましく、少なくとも４０％であることが最も好ましい。フッ化物光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０８吸収/４２ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化物光学結晶の、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの、２５５ｎｍ誘起吸収は０.０１吸収/５ｍｍより小さいことが好ましい。フッ化物光学結晶は、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対する吸収係数が０.００１７ｃｍ−１より小さいことが好ましい。
【００２０】
図１８は、５ｍｍ厚フッ化物光学結晶の、未露光時及び４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光された後の、路長５ｍｍの２５５ｎｍ吸収のグラフである。本グラフは、粉砕低金属汚染物フッ化物光学結晶供給原料を提供するための、フッ化物光学結晶固体前駆体の金属非接触粉砕の利点を示すものである。プラスチックバッグ内部のフッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに木製マレットで粉砕することにより作成された金属非接触粉砕型フッ化マグネシウム光学結晶が図の左側に示される。その後、金属非接触粉砕フッ化マグネシウム光学結晶供給原料を、２レベル(２％および０.５％)のフッ化鉛脱除剤と混合し、結晶成長るつぼに投入した。対照フッ化マグネシウム光学結晶を、同様に、但し標準の工業用金属製粉砕機を用いて、作成した。図１８は、本発明にしたがい、金属非接触粉砕フッ化マグネシウム結晶供給原料を利用して得られた、４０ｍＪ/ｃｍ２/パルスのフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときの２５５ｎｍ誘起吸収が０.０１吸収/５ｍｍより小さい、改善された結晶を示す。
【００２１】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、そのような改変及び変形が特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を示す
【図２】本発明の一実施形態を示す
【図３】本発明の一実施形態を示す
【図４】本発明の一実施形態を示す
【図５ａ】本発明の一実施形態を示す
【図５ｂ】本発明の一実施形態を示す
【図５ｃ】本発明の一実施形態を示す
【図６】本発明の一実施形態を示す
【図７】本発明の一実施形態を示す
【図８】本発明の一実施形態を示す
【図９】本発明の一実施形態を示す
【図１０】本発明の一実施形態を示す
【図１１】本発明の一実施形態を示す
【図１２】本発明の一実施形態を示す
【図１３】本発明の一実施形態を示す
【図１４】本発明の一実施形態を示す
【図１５】本発明の一実施形態を示す
【図１６】本発明の一実施形態を示す
【図１７】本発明の一実施形態を示す
【図１８】本発明の一実施形態を示す
【符号の説明】
【００２３】
２０ フッ化マグネシウム結晶光学窓
２２ レーザチャンバ
２６ 平坦窓面
３０ フッ化マグネシウム結晶光学プリズム
５０ フッ化マグネシウム固体前駆体
５２ 粉砕フッ化マグネシウム供給原料
５４ プラスチックバッグ
６０ フッ化マグネシウム種結晶
６２ るつぼ
６６ フッ化マグネシウム融液
６８ フッ化マグネシウム結晶
７０ レーザ用フッ化マグネシウム光学結晶
Claims (55)
- エキシマーレーザ用結晶光学素子の作成方法において、
フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、
粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、
ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を提供する工程、
方位が定められた種結晶を受け入れるための種結晶受けを有するフッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、
前記結晶成長るつぼ種結晶受けに前記ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶を挿入する工程、
前記結晶成長るつぼに前記粉砕フッ化マグネシウム供給原料を投入する工程、
結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、前記投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、
前記結晶化前フッ化マグネシウム融液からｃ軸方位フッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、
路長４２ｍｍの結晶に対する１２０ｎｍ光透過率が少なくとも３０％であるレーザ用フッ化マグネシウム結晶を提供するために、前記成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程、及び
前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶からエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する前記工程が、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、粉砕中は前記フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れておく工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、非金属製粉砕機を提供する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、前記フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れる工程及び前記柔軟な非金属容器を介して前記固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 汚染物脱除剤を提供する工程及び前記フッ化マグネシウムから汚染物を脱除する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために前記粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する前記工程が、前記ｃ軸方位フッ化マグネシウム種結晶の９０％以下を溶融させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- フッ化マグネシウム結晶を成長させる前記工程が、１ｍｍ/時間をこえない速度でフッ化マグネシウム結晶成長温度勾配を通過させながら前記結晶成長るつぼを降下させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶からエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する前記工程が、前記レーザ用結晶からフッ化マグネシウム結晶光学窓を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶からエキシマーレーザ用結晶光学素子を形成する前記工程が、前記レーザ用結晶からフッ化マグネシウム結晶光学プリズムを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料が重量で１ｐｐｍより低い金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料が重量で０.７ｐｐｍをこえない遷移元素金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低い鉄汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低いクロム汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低い銅汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低いコバルト汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低いアルミニウム汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低いニッケル汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低いバナジウム汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低い鉛汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低いモリブデン汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いマンガン汚染レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が路長４２ｍｍの結晶に対して少なくとも３５％の１２０ｎｍ光透過率を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときに０.０８吸収/４２ｍｍより小さい２５５ｎｍ誘起吸収を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記レーザ用フッ化マグネシウム結晶が、波長２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対して０.００１７ｃｍ−１より小さい吸収係数を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- フッ化マグネシウム光学結晶の作成方法において、
フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程、
粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料を提供するために、前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、
フッ化マグネシウム結晶成長るつぼを提供する工程、
前記結晶成長るつぼに前記粉砕フッ化マグネシウム供給原料を投入する工程、
結晶化前フッ化マグネシウム融液を提供するために、前記投入された粉砕フッ化マグネシウム供給原料を溶融する工程、
前記結晶化前フッ化マグネシウム融液からフッ化マグネシウム結晶を成長させる工程、及び
フッ化マグネシウム光学結晶を提供するために前記成長したフッ化マグネシウム結晶を冷却する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する前記工程が、精製フッ化マグネシウム結晶固体前駆体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、粉砕中は前記フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れておく工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、非金属製粉砕機を提供する工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、前記フッ化マグネシウムを柔軟な非金属容器内に入れる工程及び前記柔軟な非金属容器を介して前記固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料が重量で１ｐｐｍより低い金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化マグネシウム供給原料が重量で０.７ｐｐｍをこえない遷移元素金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.１５ｐｐｍ Ｆｅより低い鉄汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０６ｐｐｍ Ｃｒより低いクロム汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｕより低い銅汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｃｏより低いコバルト汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.７ｐｐｍ Ａｌより低いアルミニウム汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｎｉより低いニッケル汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｖより低いバナジウム汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｐｂより低い鉛汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｏより低いモリブデン汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が重量で０.０２ｐｐｍ Ｍｎより低いマンガン汚染レベルを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときに０.０８吸収/４２ｍｍより小さい２５５ｎｍ誘起吸収を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- 前記フッ化マグネシウム光学結晶が、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対して０.００１７ｃｍ−１より小さい吸収係数を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
- フッ化物光学結晶の作成方法において、
フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程、
粉砕低金属汚染物フッ化物結晶供給原料を提供するために、前記フッ化物固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する工程、
フッ化物結晶成長るつぼを提供する工程、
前記結晶成長るつぼに前記粉砕フッ化物結晶供給原料を投入する工程、
結晶化前フッ化物融液を提供するために、前記投入された粉砕フッ化物結晶供給原料を溶融する工程、
前記結晶化前フッ化物融液からフッ化物結晶を成長させる工程、及び
フッ化物光学結晶を提供するために、前記成長したフッ化物結晶を冷却する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - フッ化物結晶固体前駆体を提供する前記工程が精製フッ化物結晶固体前駆体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、粉砕中は前記フッ化物を柔軟な非金属容器内に入れておく工程を含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、非金属製粉砕機を提供する工程を含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物固体前駆体を金属に接触させずに粉砕する前記工程が、前記フッ化物を柔軟な非金属容器内に入れる工程及び前記柔軟な非金属容器を介して前記固体前駆体に金属非接触粉砕力を加える工程を含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化物供給原料が重量で１ｐｐｍより低い金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記粉砕低金属汚染物フッ化物供給原料が重量で０.７ｐｐｍをこえない遷移元素金属汚染物レベルを有することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物光学結晶が少なくとも３０％の１２０ｎｍ光透過率を有することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物光学結晶が４０ｍＪ/ｃｍ２/パルス以上のフルーエンスで１９３ｎｍ光の５百万パルスに露光されたときに０.０８吸収/４２ｍｍより小さい２５５ｎｍ誘起吸収を有することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
- 前記フッ化物光学結晶が、波長が２００〜２１０ｎｍの範囲の光に対して０.００１７ｃｍ−１より小さい吸収係数を有することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
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