JP2005330123A - Method for producing caf2 crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォトリソグラフィー用の露光装置に用いられるCaF2結晶に係わる。 The present invention relates to a CaF 2 crystal used in an exposure apparatus for photolithography.
エキシマレーザーは、紫外域で発振する唯一の高出力レーザーとして注目されており、電子産業や化学産業やエネルギー産業において応用が期待されている。 Excimer lasers are attracting attention as the only high-power lasers that oscillate in the ultraviolet region, and are expected to be applied in the electronics, chemical and energy industries.
エキシマレーザー光を発生する装置はエキシマレーザー発振装置として知られている。マニホルド内に充填されたAr,Kr,Xe,KrF,ArF,F2等のレーザーガスを電子ビーム照射や放電等により励起状態にする。すると、励起された原子は基底状態の原子と結合して励起状態でのみ存在する分子を生成する。この分子がエキシマと呼ばれるものである。エキシマは不安定な為、直ちに紫外光を放出して基底状態に落ちる。これをボンドフリー遷移というが、この遷移よってえられた紫外光を一対のミラーで構成される光共振器内で増倍してレーザー光として取り出すものがエキシマレーザー発振装置である。 An apparatus that generates excimer laser light is known as an excimer laser oscillation apparatus. A laser gas such as Ar, Kr, Xe, KrF, ArF, or F 2 filled in the manifold is excited by electron beam irradiation or discharge. The excited atoms then combine with the ground state atoms to produce molecules that exist only in the excited state. This molecule is called an excimer. Since excimer is unstable, it immediately emits ultraviolet light and falls to the ground state. This is called a bond-free transition, and an excimer laser oscillation device is a device that multiplies ultraviolet light obtained by this transition in an optical resonator composed of a pair of mirrors and extracts it as laser light.
エキシマレーザー光の中でもArFレーザーやF2レーザーはそれぞれ波長が193nm、157nmといった真空紫外域とよばれる波長域の光であり、光学系にはこうした波長域の光の透過率が高いものを用いなければならない。 ArF laser or F 2 laser Among excimer laser light is light in a wavelength range wavelengths is called 193 nm, and the vacuum ultraviolet region such as 157 nm, not used as the transmittance of light in such a wavelength region is high in the optical system I must.
CaF2結晶はこのような目的に最適な光学材料である。 CaF 2 crystal is an optimal optical material for such purposes.
一方、フォトリソグラフィー用露光装置に用いられる光学系レンズ材料としては、屈折率の均質性が良く、複屈折率が小さく、研磨精度を上げられることが必要になる。 On the other hand, as an optical lens material used in an exposure apparatus for photolithography, it is necessary that the refractive index is uniform, the birefringence is small, and the polishing accuracy is increased.
特許文献1では、フッ化カルシウム結晶の透過率が高く、安全性の有利な固体スカベンジャを用いたフッ化カルシウム結晶製造方法に関する提案がある。 Patent Document 1 proposes a calcium fluoride crystal production method using a solid scavenger that has a high permeability of calcium fluoride crystals and is advantageous in safety.
特許文献2では、固体スカベンジャ(フッ素化剤)を用いた蛍石単結晶の熱処理装置および熱処理方法の提案がある。
しかしながら、従来のCaF2結晶は通常の可視光の光学系の物品としては満足できる性能を示すものの、真空紫外波長域の露光機に使用されるレンズ材料としてのCaF2結晶は高い内部透過率を要求されており、更に、エキシマレーザーのように短波長で高出力の光を長期間繰り返し照射するとその光学特性が劣化することがあること、結像性能を左右する屈折率の均質性、複屈折率が大きいことなどの問題がある。 However, although the conventional CaF 2 crystal shows satisfactory performance as a normal visible light optical article, the CaF 2 crystal as a lens material used in an exposure machine in the vacuum ultraviolet wavelength region has a high internal transmittance. In addition, optical properties may deteriorate when repeatedly irradiated with high-power light at short wavelengths for a long period of time, such as excimer lasers, homogeneity of refractive index that affects imaging performance, and birefringence. There are problems such as high rates.
特に、エキシマレーザーのうちでも、波長の短いF2エキシマレーザーを用いるフォトリソグラフィー用露光機に用いられる光学部品の場合は、レンズ材であるCaF2結晶に要求される光学性能は、非常に厳しい。 In particular, among the excimer lasers, in the case of an optical component used in an exposure machine for photolithography using an F 2 excimer laser having a short wavelength, the optical performance required for the CaF 2 crystal as a lens material is very severe.
レンズ材であるCaF2結晶に要求される光学性能は上記のように、内部透過率、レーザー耐久、屈折率均質性、複屈折率である。 As described above, the optical performance required for the CaF 2 crystal as a lens material is internal transmittance, laser durability, refractive index homogeneity, and birefringence.
更に、レンズとするための研磨加工において面精度が得られる結晶材料であること。 Furthermore, the crystal material must have surface accuracy in the polishing process for forming a lens.
本発明者らは、その原因を探究するうちに結晶の内部透過率の低下は、結晶の酸化と酸化防止に用いられたスカベンジャの残留が大きく影響していることを発見し、内部透過率を低下させないためにスカベンジャの作用のさせ方非常に重要であることに気がついた。 While searching for the cause, the present inventors discovered that the decrease in the internal transmittance of the crystal is greatly affected by the oxidation of the crystal and the residual scavenger used to prevent oxidation, and the internal transmittance was reduced. I noticed how important the action of the scavenger is to keep it from falling.
本発明は、上述した技術的課題に鑑みなされたものであり、短波長で高透過率を要求される光学系に利用するような光学材料CaF2結晶を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the technical problems described above, and has as its main object to provide an optical material CaF 2 crystal that can be used in an optical system that requires high transmittance at a short wavelength.
本発明の別の目的は、エキシマレーザー用の光学部品、とりわけフォトリソグラフィー用の露光装置のエキシマレーザー用の光学部品に好適なCaF2結晶を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a CaF 2 crystal suitable for an optical component for an excimer laser, particularly an optical component for an excimer laser of an exposure apparatus for photolithography.
本発明の更に別の目的は、信頼性の高い光学物品となりうるCaF2結晶を提供
することにある。
Still another object of the present invention is to provide a CaF 2 crystal that can be a highly reliable optical article.
本発明のCaF2結晶製造方法は、高純度CaF2粉末原料をメルト固化する精製工程、単結晶を育成する結晶成長工程、結晶内の歪を除去するアニール工程において、フッ素系ガススカベンジャと不活性ガスの混合ガスを対象のフッ化カルシウムに供給してフッ化カルシウム単結晶の光学特性を良好にすることを特徴とする。 The CaF 2 crystal production method of the present invention is a non-fluorine gas scavenger and a non-fluorine gas scavenger in a purification process for melt-solidifying a high-purity CaF 2 powder raw material, a crystal growth process for growing a single crystal, and an annealing process for removing strain in the crystal. A mixed gas of active gas is supplied to the target calcium fluoride to improve the optical characteristics of the calcium fluoride single crystal.
本発明によれば、フッ化物の結晶製造の精製工程及び成長工程及びアニール工程の内の一つ以上の工程で用いる気体スカベンジャとして不活性ガスとフッ素あるいはフッ化炭素の混合気体を用いることにより、結晶中に残留するスカベンジャ構成元素からなる不純物を無くし、真空紫外波長領域の内部透過率、及びレーザー耐久性を向上させた。 According to the present invention, by using a mixed gas of inert gas and fluorine or fluorocarbon as a gas scavenger used in one or more of the purification process and growth process and annealing process of fluoride crystal production, Impurities consisting of scavenger constituent elements remaining in the crystal were eliminated, and the internal transmittance in the vacuum ultraviolet wavelength region and the laser durability were improved.
このことにより、目的の露光機のレンズ系の透過率を向上させ良好な光学系の光量を得ることが可能になった。 This makes it possible to improve the transmittance of the lens system of the target exposure machine and obtain a good light quantity of the optical system.
短波長で高出力の光を長期間繰り返し照射した場合であっても、透過率特性が劣化し難いCaF2結晶を提供することができる。 Even in the case of repeatedly irradiating light with high output at a short wavelength for a long period of time, it is possible to provide a CaF 2 crystal whose transmittance characteristics are hardly deteriorated.
以上のことから、エキシマレーザー用の光学部品、とりわけフォトリソグラフィー用の露光装置のエキシマレーザー用の光学部品に好適なCaF2結晶を提供することができ、結像性能の良好な信頼性の高い光学物品となりうるCaF2結晶を提供することができる。 From the above, it is possible to provide a CaF 2 crystal suitable for an optical component for excimer laser, particularly an optical component for excimer laser of an exposure apparatus for photolithography, and has high imaging performance and high reliability. CaF 2 crystals that can be used as articles can be provided.
本発明者らはCaF2結晶製造時のスカベンジャ添加条件を変えて数多くのCaF2結晶を製造し、結晶の光学特性(分光透過率、γ線耐久)の測定を行った。 The present inventors have produced a number of CaF 2 crystals by changing the scavenger addition conditions during CaF 2 crystal production, optical properties (spectral transmittance, gamma ray durability) of the crystals was measured.
分光透過率は、120nmから300nmの真空紫外波長領域が測定できる分光器およびγ線照射後のカラーセンター発生の評価をするための紫外可視測定用の分光器を用いた。 For the spectral transmittance, a spectroscope capable of measuring a vacuum ultraviolet wavelength region of 120 nm to 300 nm and a spectroscope for ultraviolet-visible measurement for evaluating the generation of a color center after γ-ray irradiation were used.
ガンマ線耐久はレーザー耐久よりも簡便であり、しかも大きい結晶全体のカラーセンター発生の有無を知ることができる。 Gamma ray durability is simpler than laser durability, and it is possible to know whether or not a color center has occurred in the entire large crystal.
また、結晶中のスカベンジャ構成元素の残留、微量酸化の傾向が判断できる。照射条件として、照射強度1×10E6 Rのγ線を1時間照射して総量1×10E6 Rとした。 In addition, it is possible to determine the tendency of residual scavenger elements in the crystal and trace oxidation. As irradiation conditions, γ rays with an irradiation intensity of 1 × 10E 6 R were irradiated for 1 hour to obtain a total amount of 1 × 10E 6 R.
これらの評価により内部透過率の良い結晶は不純物特にスカベンジャ構成元素の残留、及び結晶の酸化劣化が少ないことを見出した。 From these evaluations, it has been found that crystals having good internal transmittance have little residual impurities, especially scavenger constituent elements, and less oxidative deterioration of the crystals.
また、アニール工程での酸化防止、炉内材料による結晶の汚染はスカベンジャの反応プロセスを最適化することが重要であることを見い出した。 We also found that it is important to optimize the reaction process of the scavenger in order to prevent oxidation in the annealing process and to contaminate the crystal with the material in the furnace.
希土類等の特に透過率、レーザー耐久性に悪い元素は原料中に極極微量しか含有されていないことが原料として重要であることは言うまでもなく、原料選別の結果、上記評価結果が得られた。 Needless to say, it is important for the raw material that an element having particularly poor transmittance and laser durability, such as rare earth, is contained in the raw material, and as a result of the raw material selection, the above evaluation results were obtained.
以下、図面を参照して本発明の好適な製造工程について、説明する。 Hereinafter, a preferred manufacturing process of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、原料として高純度CaF2合成原料を用意する。 First, a high purity CaF 2 synthetic raw material is prepared as a raw material.
そして、フッ化カルシウム原料とスカベンジャーとを混合する。このとき、フッ化カルシウムとスカベンジャーとを容器にいれてこの容器を回転させて混合するとよい。スカベンジャーとしては、フッ化亜鉛、フッ化ビスマス、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム等、成長させるフッ化物より酸素と結合し易いものが望ましい。 Then, the calcium fluoride raw material and the scavenger are mixed. At this time, calcium fluoride and a scavenger may be put in a container and mixed by rotating the container. As the scavenger, zinc fluoride, bismuth fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride and the like that are more easily bonded to oxygen than the growing fluoride are desirable.
合成フッ化物原料中に混じっている酸化物素と反応して、気化し易い酸化物となる物質が選択される。とりわけフッ化亜鉛が望ましいものである。 A substance that reacts with the oxide element mixed in the synthetic fluoride raw material to become an oxide that is easily vaporized is selected. Zinc fluoride is particularly desirable.
例えば、フッ化亜鉛スカベンジャーは、水分の存在により生成した酸化カルシウムをフッ化カルシウムに変える作用、およびフッ化カルシウム原料中の酸化カルシウムをフッ化カルシウムに変える作用として、重要である。 For example, the zinc fluoride scavenger is important as an action of converting calcium oxide generated by the presence of moisture into calcium fluoride and an action of converting calcium oxide in the calcium fluoride raw material into calcium fluoride.
CaF+H2O→CaO+2HF
CaO+ZnF2→CaF2+ZnO↑
特開平9−227293においては、固体スカベンジャーの添加により酸化カルシウムをフッ化カルシウムに変えるが、亜鉛金属が結晶中に残留すると、F2エキシマレーザーを用いたフォトリソグラフィー用露光機の用いられるレンズの要求性能を満たすことはできない。
CaF + H 2 O → CaO + 2HF
CaO + ZnF 2 → CaF 2 + ZnO ↑
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-227293, calcium oxide is changed to calcium fluoride by adding a solid scavenger, but if zinc metal remains in the crystal, there is a demand for a lens to be used for an exposure machine for photolithography using an F 2 excimer laser. The performance cannot be satisfied.
このため、スカベンジャの添加方法及び添加量の最適化、スカベンジャ添加量を最少にする精製、成長、アニールプロセスを開発する必要がある。 For this reason, it is necessary to develop a scavenger addition method and optimization, and a purification, growth, and annealing process that minimizes the amount of scavenger addition.
特開平11−240800は蛍石単結晶のアニール装置およびアニール方法として、スカベンジャ(フッ素化剤)をアニール対象の結晶を配置したカーボン容器と分離したカーボン容器に収納し、大気圧力下でアニールする工程を提案している。 Japanese Patent Laid-Open No. 11-240800 discloses an annealing apparatus and annealing method for a fluorite single crystal, in which a scavenger (fluorinating agent) is housed in a carbon container separated from a carbon container in which crystals to be annealed are arranged and annealed under atmospheric pressure. Has proposed.
以下、添付図面を参照して、本発明のCaF2結晶及び光学素子の製造方法について説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for manufacturing the CaF 2 crystal and the optical element of the present invention.
図1に、本発明のCaF2を使用した光学素子の製造方法のフローチャートを示す。まず、原料として高純度CaF2の合成原料を用意して、CaF2原料とスカベンジャーとを混合する。高純度CaF2の合成原料は炭酸カルシウムをフッ酸で処理することによって製造する。本発明はCaF2原石をフッ酸で処理して不純物(例えば、SiO2)を除去する方法を排除するものではないが、高純度CaF2は原石と違って粉末であり、嵩密度が(約10乃至約20μと)非常に小さいので好ましい。なお、CaF2原料とスカベンジャーとを混合する時は混合用容器内にCaF2原料とスカベンジャを入れ、回転して均一な混合を確保することが好ましい。 Figure 1 shows a flow chart of a method of manufacturing an optical element using CaF 2 of the present invention. First, a synthetic raw material of high purity CaF 2 is prepared as a raw material, and the CaF 2 raw material and a scavenger are mixed. A synthetic raw material for high-purity CaF 2 is produced by treating calcium carbonate with hydrofluoric acid. Although the present invention does not exclude a method of removing impurities (eg, SiO 2 ) by treating CaF 2 rough with hydrofluoric acid, high-purity CaF 2 is a powder unlike the rough and has a bulk density of about (approximately 10 to about 20μ), which is very small. It is preferable that when mixing the CaF 2 material and scavenger put CaF 2 raw material and the scavenger in mixing vessel to ensure uniform mixing to rotate.
スカベンジャーとしては、弗化亜鉛、弗化カドミウム、弗化マンガン、弗化ビスマス、弗化ナトリウム、弗化リチウム等、成長させる弗化物より酸素と結合し易く、かつ分解、蒸発しやすいものが望ましい。弗化物原料中に混じっている酸化物と反応して気化し易い酸化物となる物質が選択される。とりわけ弗化亜鉛が望ましいものである。ここで、スカベンジャーの添加量を制御することが重要である。 As the scavenger, zinc fluoride, cadmium fluoride, manganese fluoride, bismuth fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride and the like that are more easily bonded to oxygen than the growing fluoride, and are more easily decomposed and evaporated are desirable. A substance that reacts with the oxide mixed in the fluoride raw material to be easily vaporized is selected. In particular, zinc fluoride is desirable. Here, it is important to control the amount of scavenger added.
本実施形態における精製工程でのスカベンジャーの添加量は、0.005重量%以上0.5重量%以下であり、より好ましくは、0.05重量%である。添加量が多いとスカベンジャーの残留分による屈折率均質性の低下、内部透過率及びレーザー耐久性の低下をもたらす。換言すれば、かかる添加量はスカベンジャーの残留分が少ないのでCaF2結晶に含まれる不純物及び結晶欠陥(特に、転位密度)を少なくして高品位のCaF2結晶の提供をもたらす。 The amount of scavenger added in the purification step in the present embodiment is 0.005% by weight or more and 0.5% by weight or less, and more preferably 0.05% by weight. When the addition amount is large, the refractive index homogeneity is lowered due to the residual amount of the scavenger, and the internal transmittance and the laser durability are lowered. In other words, since the amount of the added scavenger is small, the amount of impurities and crystal defects (particularly, dislocation density) contained in the CaF 2 crystal are reduced, and a high-quality CaF 2 crystal is provided.
結晶成長工程でのスカベンジャ添加は本発明のフッ素系ガスと不活性ガスの混合ガスを用いることにより、成長結晶中に固体スカベンジャの場合に見られるスカベンジャ構成元素である金属元素の残留を無くすことができる。 In addition to scavenger addition in the crystal growth process, by using the mixed gas of the fluorine-based gas and the inert gas of the present invention, it is possible to eliminate the residue of the metal element which is a scavenger constituent element found in the case of a solid scavenger in the grown crystal. it can.
図2において、102は精製炉100のチャンバーであり、ドライポンプ150、メカニカルブースタポンプ160、ターボ分子ポンプ170、除害系180からなる真空排気系に接続されている。なお、150乃至170の排気ポンプはこれらの種類に限定されない。また、除害系(トラップ)には、排気ガスを冷却して排気ガス中の有害成分を析出して除去する冷却トラップ、及び、排気ガスを熱分解する高温トラップのいずれも適用することができる。
In FIG. 2,
チャンバー102は断熱材108によって断熱され、坩堝104及びヒーター106を収納している。坩堝104は、例えば、炭素製で略円筒形を有し、坩堝支持機構140によって回転自在に支持されている。必要があれば、坩堝支持機構140は坩堝104を降下させることができるように構成される。坩堝支持機構140による回転は坩堝104の温度を均一にするために行われる。チャンバー102は温度調節用の冷却管130にも接続されている。ヒーター106及び冷却管130によってチャンバー102内の温度を制御することができる。熱電対110は、例えば、白金からなり、坩堝104の外壁近傍より坩堝104の温度を測定する。
The
その後、ヒーター106に通電して坩堝104内の混合物120を加熱し、脱水およびその他の吸着物除去を行う。精製炉100を真空排気系により真空に排気し、1×10−3Pa以上の真空度にする。
Thereafter, the
次いで、スカベンジ反応の温度領域である350℃から1100℃を経て、CaF2原料を完全に溶融する。 Subsequently, the CaF 2 raw material is completely melted through 350 ° C. to 1100 ° C. which is a temperature range of the scavenge reaction.
溶融後、残留有害元素を除去するために溶融状態で数時間から数十時間保持する。 After melting, the molten state is maintained for several hours to several tens of hours in order to remove residual harmful elements.
この間、フッ化カルシウムに添加した固体スカベンジャは結晶内に残留すると光学特性にとって有害であるため、メルト中に完全に蒸発除去する。 During this time, the solid scavenger added to the calcium fluoride is harmful to the optical properties if it remains in the crystal, and is thus completely removed by evaporation in the melt.
続いて、坩堝104を降下させて溶融したCaF2の原料を徐冷して結晶成長させる。CaF2結晶の格子配列を整える必要はないので坩堝の降下速度は遅い必要はない。なお、本発明は坩堝104を降下させない場合を含むが坩堝104を降下させることによって不純物の除去の効果は向上する。
Subsequently, the
本工程は、後述する単結晶成長工程ほどの温度管理は必要としないため、得られる結晶は多結晶でも粒界が存在するものでもよい。こうして得られた結晶のうち上部、即ち、経時的に最後に結晶化した部分を除去する。この部分は不純物が集まりやすい(即ち、偏析)部分であるため、ここを除去することによって特性に悪影響を与える不純物を除去する。再び、この結晶を坩堝104に入れて溶融、結晶化、上部除去の一連の工程を行う。なお、必要があれば、チャンバー102には不活性ガスが導入されてもよい。
Since this step does not require temperature control as the single crystal growth step described later, the resulting crystal may be polycrystalline or have grain boundaries. The upper part of the crystal thus obtained, that is, the last crystallized part with time is removed. Since this portion is a portion where impurities easily collect (that is, segregation), removing this portion removes impurities that adversely affect the characteristics. Again, this crystal is put in the
単結晶成長工程は、CaF2の単結晶を成長させて結晶の質を向上させる(即ち、格子配列を整える)工程である。成長方法は結晶の大きさや使用目的に応じて適当な方法を選択する。精製した結晶220は図3に示す結晶成長炉200のチャンバー202に収納された坩堝204内に入れる。
The single crystal growth step is a step of growing a single crystal of CaF 2 to improve the quality of the crystal (that is, adjusting the lattice arrangement). As a growth method, an appropriate method is selected according to the size of the crystal and the purpose of use. The purified
図3において、202は結晶成長炉200のチャンバーであり、ドライポンプ250、メカニカルブースタポンプ260、ターボ分子ポンプ270、除害系280からなる真空排気系に接続されている。チャンバー202は断熱材208によって断熱されており、坩堝204及びヒーター206を収納している。坩堝204は、例えば、炭素製で略円筒形を有して密閉性が高く、坩堝支持/引き下げ機構240によって回転及び上下移動自在に支持されている。坩堝支持/引き下げ機構240による回転は坩堝204の温度を均一にするために行われる。本実施形態においては図5の真空ベーク炉内の坩堝310と坩堝204とは同一物としているが、別部材で(即ち、坩堝304内の混合物を坩堝204に移し変えて)もよい。チャンバー202は温度調節用の冷却管230にも接続されている。ヒーター206及び冷却管230によって所望の温度勾配を図3に示す上下方向に形成することができる。熱電対210は、坩堝204の外壁近傍より坩堝204の温度を測定する。
In FIG. 3,
その後、ヒーター206に通電して坩堝204内のCaF2の2次原料(結晶)220を約1420℃程度まで加熱し、CaF2結晶を完全に溶融する。その後、徐々に坩堝204を1mm/hの速度で降下させて(所定の温度勾配を通過させ、)溶融したCaF2結晶を徐冷して単結晶を成長させる。
Then, by energizing the
続いて、結晶成長した弗化物単結晶を図4に示すアニール炉400で熱処理する(アニール工程)。アニール工程は、成長したCaF2単結晶を熱処理し、結晶の割れを引き起こす歪みを除去する工程である。成長した単結晶420は図4に示すアニール炉400のチャンバー402に収納された坩堝404内に入れる。
Subsequently, the fluoride grown single crystal is heat-treated in an
図4において、402はアニール炉400のチャンバーであり、ドライポンプ450、メカニカルブースタポンプ460、ターボ分子ポンプ470、除害系480からなる真空排気系に接続されている。チャンバー402は断熱材408によって断熱されており、坩堝404及びヒーター406を収納している。坩堝404は、例えば、炭素製で略円筒形を有して多段式に構成され、坩堝支持部材440によって支持されている。チャンバー402は温度調節用の冷却管430にも接続されている。ヒーター406及び冷却管430によってチャンバー402の温度を制御することができる。熱電対410は、例えば、白金からなり、坩堝404の外壁近傍より坩堝404の温度を測定する。
In FIG. 4,
アニール工程では、坩堝404を約900℃乃至約1000℃に均熱的に加熱して、固体のままCaF2結晶の歪を除去する。加熱時間は約20時間以上、より好ましくは、約20乃至約30時間である。アニール工程では、アニールを経ることによって結晶の転位が減る。その後、歪がなくなった状態を維持しながらCaF2結晶の温度を室温に戻す。
In the annealing step, the
その後は、必要とされる光学物品の形状(凸レンズ、凹レンズ、円盤状、板状等)に成形加工する(成形加工工程)。 Thereafter, it is molded into a required optical article shape (convex lens, concave lens, disk shape, plate shape, etc.) (molding process).
研磨加工時にCaF2結晶内の転位密度が小さいことにより部分的な面精度の低下は非常に小さく許容値以下で高精度の加工が可能である。 Since the dislocation density in the CaF 2 crystal is small at the time of polishing, the partial decrease in surface accuracy is very small, and high-accuracy processing is possible with an allowable value or less.
こうして得られたレンズを各種組み合わせれば、エキシマレーザー、特にArFエキシマレーザーに適した照明光学系を構成できる(光学系組に立て工程)。 By combining various lenses thus obtained, an illumination optical system suitable for an excimer laser, particularly an ArF excimer laser, can be constructed (an optical system assembly step).
そして、エキシマレーザー光源と、フッ化カルシウムからなるレンズを有する光学系と、基板を移動させ得るステージとを組み合わせて、フォトリソグラフィー用の露光装置を構成できる。 An exposure apparatus for photolithography can be configured by combining an excimer laser light source, an optical system having a lens made of calcium fluoride, and a stage that can move the substrate.
市販の高純度フッ化カルシウム粉末原料の必要量とスカベンジャであるZnF2をフッ化カルシウムに対して0.05重量%添加して、両者を混合均一分散させた後、炭素ルツボに充填した。 A necessary amount of a commercially available high-purity calcium fluoride powder raw material and ZnF 2 as a scavenger were added in an amount of 0.05% by weight with respect to calcium fluoride, and both were mixed and dispersed uniformly, and then filled in a carbon crucible.
次いで、精製炉に移し1420℃に加熱溶融する。 Subsequently, it transfers to a refinement furnace and heat-melts to 1420 degreeC.
溶融時間は、固体スカベンジャ構成元素のうち、有害な元素を除去するために、適当な時間、例えば30時間とする。 The melting time is set to an appropriate time, for example, 30 hours, in order to remove harmful elements from the constituent elements of the solid scavenger.
有害不要元素を除去した後徐冷し、原料を固化した。 After removing harmful unnecessary elements, it was gradually cooled to solidify the raw material.
このフッ化カルシウムブロック表層の有害不要部分を除去して結晶成長前の2次原料とする。 The harmful and unnecessary portions of the calcium fluoride block surface layer are removed to obtain a secondary material before crystal growth.
なお、スカベンジャーとしてZnF2を0.005重量%ルツボに入れる。 Incidentally, put ZnF 2 to 0.005 weight percent crucible as a scavenger.
炉内を真空排気して、ルツボを加熱し、真空度6×10−4Torr、温度は1420℃に昇温し、ルツボ内フッ化カルシウムを溶解、脱ガスするため真空度を2×10−6Torr、温度を1420℃として20時間保った。 The furnace was evacuated, heating the crucible, vacuum 6 × 10 -4 Torr, the temperature is raised to 1420 ° C., dissolving the crucible calcium fluoride, the degree of vacuum to degas 2 × 10 - 6 Torr, temperature was 1420 ° C. and held for 20 hours.
次にルツボを1mm/hの速度で降下させ良質のCaF2単結晶を成長させた。 Next, the crucible was lowered at a speed of 1 mm / h to grow a good quality CaF 2 single crystal.
この時の引下げ速度は、結晶成長速度に対応することが望ましいので、製作する結晶の大きさ、形状により考慮する必要があることは言うまでもない。 Since the pulling rate at this time preferably corresponds to the crystal growth rate, it goes without saying that it is necessary to consider the size and shape of the crystal to be manufactured.
一般には、結晶の大きさが大きくなれば、引下げ速度を遅くする必要がある。 In general, as the crystal size increases, the pulling speed needs to be reduced.
次に、アニール炉のるつぼに成長させたフッ化カルシウム単結晶を入れ、炉内を排気して、300℃で24時間程度保持し、炉内の水分を除去した。 Next, the grown calcium fluoride single crystal was put in a crucible of the annealing furnace, the inside of the furnace was evacuated, and kept at 300 ° C. for about 24 hours to remove moisture in the furnace.
炉内の真空度が5×10−4Pa以下になったら、[図5]に示すスカベンジャ供給システムからテフロン(登録商標)粉末の加熱により発生したフッ化炭素ガスとアルゴンガスの混合ガスを10cc/min.の流量で供給しながら、ルツボの温度を室温から900℃に速度100℃/hで上昇させた後50時間900℃に保持した。フッ化炭素とアルゴンガスの混合ガス供給は900℃昇温後20時間後に停止した。 When the degree of vacuum in the furnace is 5 × 10 −4 Pa or less, 10 cc of a mixed gas of fluorocarbon gas and argon gas generated by heating Teflon (registered trademark) powder from the scavenger supply system shown in FIG. / Min. The temperature of the crucible was raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 100 ° C./h, and then maintained at 900 ° C. for 50 hours. The mixed gas supply of carbon fluoride and argon gas was stopped 20 hours after the temperature was raised to 900 ° C.
900℃保持50時間後、5℃/hの速度で低下させ、室温まで冷却した。 After 50 hours at 900 ° C., the temperature was lowered at a rate of 5 ° C./h and cooled to room temperature.
この時の、冷却速度は結晶の大きさが大きくなればそれに従い、冷却速度も遅くする必要がある。 At this time, the cooling rate needs to be reduced according to the increase in the size of the crystal.
つまり、遅くしないと、複屈折率を極微小にすることが困難になる。 In other words, it is difficult to make the birefringence very small unless slow.
市販の高純度フッ化カルシウム粉末原料の必要量とスカベンジャであるZnF2をフッ化カルシウムに対して0.05重量%添加して、両者を混合均一分散させた後、炭素ルツボに充填した。 A necessary amount of a commercially available high-purity calcium fluoride powder raw material and ZnF 2 as a scavenger were added in an amount of 0.05% by weight with respect to calcium fluoride, and both were mixed and dispersed uniformly, and then filled in a carbon crucible.
次いで、真空乾燥炉において150℃、24時間の脱ガスを行い、精製炉に移し1420℃に加熱溶融する。 Next, degassing is carried out at 150 ° C. for 24 hours in a vacuum drying furnace, transferred to a refining furnace, and heated to 1420 ° C. for melting.
溶融時間は、固体スカベンジャ構成元素のうち、有害な元素を除去するために、適当な時間、例えば30時間とする。 The melting time is set to an appropriate time, for example, 30 hours, in order to remove harmful elements from the constituent elements of the solid scavenger.
有害不要元素を除去した後徐冷し、原料を固化した。 After removing harmful unnecessary elements, it was gradually cooled to solidify the raw material.
このフッ化カルシウムブロック表層の有害不要部分を除去して結晶成長前の2次原料とする。 The harmful and unnecessary portions of the calcium fluoride block surface layer are removed to obtain a secondary material before crystal growth.
この精製した2次原料を結晶成長用ルツボに充填し、成長炉炉内にセットし、炉内を真空排気して、300℃で24時間ルツボを加熱し、真空度5×10−4Paに排気した後、図5に示すスカベンジャ供給システムからテフロン(登録商標)粉末の加熱により発生したフッ化炭素ガスとアルゴンガスの混合ガスを10cc/min.の流量で供給しながら、ルツボの温度1420℃迄昇温速度100℃/hで上昇させた後50時間保持した。 The refined secondary material is filled in a crucible for crystal growth, set in a growth furnace, the inside of the furnace is evacuated, and the crucible is heated at 300 ° C. for 24 hours, so that the degree of vacuum is 5 × 10 −4 Pa. After evacuation, a mixed gas of fluorocarbon gas and argon gas generated by heating Teflon (registered trademark) powder from the scavenger supply system shown in FIG. The temperature was increased to a crucible temperature of 1420 ° C. at a rate of temperature increase of 100 ° C./h, and then maintained for 50 hours.
フッ化炭素とアルゴンガスの混合ガスは1420℃昇温後20時間で停止した。 The mixed gas of carbon fluoride and argon gas was stopped 20 hours after the temperature was raised at 1420 ° C.
次にルツボを1mm/hの速度で降下させ良質のCaF2単結晶を成長させた。 Next, the crucible was lowered at a speed of 1 mm / h to grow a good quality CaF 2 single crystal.
この時の引下げ速度は、結晶成長速度に対応することが望ましいので、製作する結晶の大きさ、形状により考慮する必要があることは言うまでもない。 Since the pulling rate at this time preferably corresponds to the crystal growth rate, it goes without saying that it is necessary to consider the size and shape of the crystal to be manufactured.
一般には、結晶の大きさが大きくなれば、引下げ速度を遅くする必要がある。 In general, as the crystal size increases, the pulling speed needs to be reduced.
次に、アニール炉のるつぼに成長させたフッ化カルシウム単結晶を入れ、炉内を排気して、300℃で24時間程度保持し、炉内の水分を除去した。 Next, the grown calcium fluoride single crystal was put in a crucible of the annealing furnace, the inside of the furnace was evacuated, and kept at 300 ° C. for about 24 hours to remove moisture in the furnace.
炉内の真空度が5×10−4Pa以下になったら、図5に示すスカベンジャ供給システムからテフロン(登録商標)粉末の加熱により発生したフッ化炭素ガスとアルゴンガスの混合ガスを10cc/min.の流量で供給しながら、ルツボの温度を室温から900℃に速度100℃/hで上昇させた後50時間900℃に保持した。フッ化炭素とアルゴンガスの混合ガス供給は900℃昇温後20時間後に停止した。 When the degree of vacuum in the furnace is 5 × 10 −4 Pa or less, a mixed gas of fluorocarbon gas and argon gas generated by heating Teflon (registered trademark) powder from the scavenger supply system shown in FIG. 5 is 10 cc / min. . The temperature of the crucible was raised from room temperature to 900 ° C. at a rate of 100 ° C./h, and then maintained at 900 ° C. for 50 hours. The mixed gas supply of carbon fluoride and argon gas was stopped 20 hours after the temperature was raised to 900 ° C.
900℃保持50時間後、5℃/hの速度で低下させ、室温まで冷却した。 After 50 hours at 900 ° C., the temperature was lowered at a rate of 5 ° C./h and cooled to room temperature.
この時の、冷却速度は結晶の大きさが大きくなればそれに従い、冷却速度も遅くする必要がある。 At this time, the cooling rate needs to be reduced according to the increase in the size of the crystal.
つまり、遅くしないと、複屈折率を極微小にすることが困難になる。 In other words, it is difficult to make the birefringence very small unless slow.
100 精製炉
200 結晶成長炉
300 アニール炉
400 スカベンジャ供給システム
100
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004147571A JP2005330123A (en) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Method for producing caf2 crystal |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004147571A JP2005330123A (en) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Method for producing caf2 crystal |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010514173A (en) * | 2006-12-21 | 2010-04-30 | カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー | Transmissive optical element |
CN116673273A (en) * | 2023-08-03 | 2023-09-01 | 北京奇峰蓝达光学科技发展有限公司 | Method and device for removing impurities on surface of calcium fluoride raw material |
-
2004
- 2004-05-18 JP JP2004147571A patent/JP2005330123A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010514173A (en) * | 2006-12-21 | 2010-04-30 | カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー | Transmissive optical element |
CN116673273A (en) * | 2023-08-03 | 2023-09-01 | 北京奇峰蓝达光学科技发展有限公司 | Method and device for removing impurities on surface of calcium fluoride raw material |
CN116673273B (en) * | 2023-08-03 | 2023-10-27 | 北京奇峰蓝达光学科技发展有限公司 | Method and device for removing impurities on surface of calcium fluoride raw material |
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