JP2006016259A - Method for manufacturing crystal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a crystal, by which the crystal having excellent optical characteristics such as internal transmittance can be manufactured with satisfactory reproducibility. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the crystal from a crystalline substance is characterized by including a step for detecting the concentrations of impurities contained in a seed crystal being a base point for growing a single crystal, a step for receiving the seed crystal in which the concentrations of the impurities, detected in the detection step, are lower than those of the impurities contained in a raw material in a crucible, and a step for growing the single crystal through the seed crystal received in the crucible in the receiving step. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一般には、結晶製造方法に係り、特に、真空紫外域から遠紫外域までの短波長範囲において用いられる各種光学素子、レンズ、露光装置に好適なフッ化カルシウム(CaF)結晶の結晶製造方法に関する。 The present invention generally relates to a crystal manufacturing method, and in particular, a calcium fluoride (CaF 2 ) crystal suitable for various optical elements, lenses, and exposure apparatuses used in a short wavelength range from a vacuum ultraviolet region to a far ultraviolet region. The present invention relates to a crystal manufacturing method.

近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求は益々高くなっており、かかる要求を満足するために露光解像度を高める提案が様々なされている。露光光源の波長を短くすることは解像度の向上に有効な一手段であるため、近年では、露光光源はKrFエキシマレーザー(波長約248nm)からArFエキシマレーザー(波長約193nm)になろうとしており、Fレーザー(波長約157nm)の実用化も進んでいる。 In recent years, the demand for miniaturization of semiconductor elements mounted on electronic devices has been increasing due to the demand for smaller and thinner electronic devices, and various proposals have been made to increase the exposure resolution in order to satisfy such requirements. Yes. Since shortening the wavelength of the exposure light source is an effective means for improving the resolution, in recent years, the exposure light source is going from an KrF excimer laser (wavelength of about 248 nm) to an ArF excimer laser (wavelength of about 193 nm). The practical application of F 2 laser (wavelength: about 157 nm) is also progressing.

一方、光源の短波長化に伴い、従来の硝材のほとんどが透過率不足のため使用することができなくなる。ArFエキシマレーザーの波長域では、かろうじて石英ガラス(SiO)を使用することができるが、Fレーザーの波長域では、石英ガラスさえも使用することができない。フッ化カルシウム(CaF)単結晶は、かかる波長域の光の透過率(即ち、内部透過率)が硝材の中では高いために露光光学系に使用されるレンズや回折格子などの光学素子の光学材料として最適である。 On the other hand, with the shortening of the wavelength of the light source, most of the conventional glass materials cannot be used due to insufficient transmittance. Quartz glass (SiO 2 ) can barely be used in the ArF excimer laser wavelength range, but even quartz glass cannot be used in the F 2 laser wavelength range. Calcium fluoride (CaF 2 ) single crystal has a high light transmittance (that is, internal transmittance) in such a wavelength region in a glass material, so that it is used for an optical element such as a lens or a diffraction grating used in an exposure optical system. Optimal as an optical material.

レンズ等の光学材料の光学特性を評価するパラメーターとしては、内部透過率に加え、レーザー光を継続的に受光した場合の透過率変化を表すレーザー耐久性、レンズの屈折率が場所によらず一定であることを表す屈折率均質性(ホモジニティー)、複屈折率及び研磨(又は加工)精度などがあり、露光装置に用いられるフッ化カルシウム結晶には高い品質が要求される。   Parameters for evaluating the optical properties of optical materials such as lenses include internal durability, laser durability indicating the change in transmittance when laser light is continuously received, and the refractive index of the lens is constant regardless of location. There are refractive index homogeneity (homogenity), birefringence, polishing (or processing) accuracy, and the like, and high quality is required for calcium fluoride crystals used in an exposure apparatus.

フッ化カルシウム単結晶は、従来から、ブリッジマン法(「坩堝降下法」としても知られる。)によって製造されている。かかる方法は、結晶性物質の原料を坩堝内に充填し、ヒーター等による加熱により溶融させた原料を坩堝を降下させて冷却することによって結晶化する。この際、成長させたい面方位を有し、成長の基点となる種結晶を坩堝の下部に配置することによって、成長初期段階において、坩堝内の複数の位置から結晶化が開始されることを防止することができる。   Calcium fluoride single crystals are conventionally produced by the Bridgman method (also known as the “crucible descent method”). In this method, a raw material of a crystalline substance is filled in a crucible, and the raw material melted by heating with a heater or the like is crystallized by lowering the crucible and cooling. At this time, by arranging a seed crystal having a plane orientation to be grown and serving as a starting point of growth at the lower part of the crucible, crystallization is prevented from starting from a plurality of positions in the crucible in the initial stage of growth. can do.

また、近年要求されているような大口径(例えば、口径200mm以上)の結晶を製造するには数ヶ月にわたる製造プロセスが必要となる。かかる長期プロセスの中で効率よく高品質な結晶を製造するためには、十分な結晶分析によって結晶を選別することが必須となり、特に、不純物の分析が重要となる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−72495号公報
In addition, a manufacturing process for several months is required to manufacture a crystal having a large diameter (for example, a diameter of 200 mm or more) as required in recent years. In order to produce high-quality crystals efficiently in such a long-term process, it is essential to select crystals by sufficient crystal analysis, and in particular, analysis of impurities is important (see, for example, Patent Document 1). ).
JP 2001-72495 A

しかしながら、従来の種結晶や結晶分析を用いた結晶製造装置及び方法は、高品質な光学特性を有する結晶を製造することができなかった。例えば、種結晶を用いた結晶製造装置及び方法では、種結晶と成長結晶との接続不良や、種結晶との接続面から多結晶化、バウンダリー、サブバウンダリーなどが頻繁に発生してしまう。これらの原因は、種結晶中の不純物、特に、アルカリ土類金属が原料よりも多い場合において、結晶成長時に成長結晶の不純物偏析効果などによって種結晶と成長結晶との界面で急激な不純物濃度勾配を生じるためである。また、種結晶は、極表面において任意の結晶面を有しているが、実際の結晶成長では、種結晶の一部を融解し、かかる界面を基点として連続的に結晶方位を伝承させながら結晶を成長させるために、融解位置での結晶面の不完全性を生じることがある。   However, conventional crystal manufacturing apparatuses and methods using seed crystals and crystal analysis have not been able to manufacture crystals having high-quality optical characteristics. For example, in a crystal manufacturing apparatus and method using a seed crystal, poor connection between the seed crystal and the grown crystal and polycrystallization, boundary, subboundary, etc. frequently occur from the connection surface with the seed crystal. These causes are caused by a steep impurity concentration gradient at the interface between the seed crystal and the grown crystal due to the segregation effect of the grown crystal during crystal growth when there are more impurities in the seed crystal, especially alkaline earth metals than the raw material. It is for producing. In addition, the seed crystal has an arbitrary crystal plane on the extreme surface. However, in actual crystal growth, a part of the seed crystal is melted, and the crystal orientation is continuously transferred from the interface as a base point. May cause crystal plane imperfections at the melting position.

また、結晶分析を用いた結晶製造装置及び方法は、高品位な結晶を成長させるためには不純物の分析だけでは不十分であり、結晶面のばらつきに対する分析も極めて重要になる。例えば、大口径の結晶の成長では、多結晶化、バウンダリー、サブバウンダリーなどが頻繁に発生する。バウンダリーなどは複屈折計などを用いて容易に確認することができるが、サブバンダリーはこれらでは十分に観察することができない。そして、サブバンダリーの極度な集中は、アニール処理後の研磨工程において、研磨欠陥の原因となる。そのため、アニール処理前に結晶の結晶面状態を適切に把握することが極めて重要となる。   In addition, in the crystal manufacturing apparatus and method using crystal analysis, it is not sufficient to analyze impurities only in order to grow a high-quality crystal, and analysis with respect to crystal plane variations is extremely important. For example, in the growth of a large-diameter crystal, polycrystallization, boundary, subboundary, etc. frequently occur. Boundaries and the like can be easily confirmed using a birefringence meter or the like, but the sub-boundaries cannot be sufficiently observed. Then, the extreme concentration of the sub-bundle causes a polishing defect in the polishing process after the annealing process. Therefore, it is extremely important to properly grasp the crystal plane state of the crystal before annealing.

そこで、本発明は、内部透過率などの光学特性に優れた結晶を再現性よく製造することができる結晶製造方法を提供することを例示的目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a crystal manufacturing method capable of manufacturing a crystal having excellent optical characteristics such as internal transmittance with good reproducibility.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての結晶製造方法は、結晶性物質の原料から単結晶を成長させる結晶製造方法であって、前記単結晶の成長の基点となる種結晶に含まれる不純物の濃度を検出するステップと、前記検出ステップで検出された前記不純物の濃度が、前記原料の不純物の濃度以下である前記種結晶を前記坩堝に収納するステップと、前記収納ステップで前記坩堝に収納された前記種結晶を介して前記単結晶を成長させるステップとを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a crystal manufacturing method according to one aspect of the present invention is a crystal manufacturing method for growing a single crystal from a raw material of a crystalline substance, wherein the seed crystal serving as a starting point for the growth of the single crystal A step of detecting a concentration of impurities contained therein, a step of storing the seed crystal in the crucible in which the concentration of the impurity detected in the detection step is equal to or lower than the concentration of the impurity of the raw material; And growing the single crystal through the seed crystal stored in a crucible.

本発明の別の側面としての結晶製造方法は、結晶性物質の原料を溶融し、次いで固化することで前記原料の単結晶を成長させるステップと、前記成長ステップで成長させた前記単結晶の結晶面方位のばらつきを測定するステップと、前記測定ステップで測定した前記結晶面方位のばらつきが、所定の範囲内の前記単結晶を選択するステップと、前記選択ステップで選択された前記単結晶を熱処理するステップとを有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a crystal manufacturing method comprising: a step of growing a single crystal of the raw material by melting and then solidifying the raw material of the crystalline substance; and the crystal of the single crystal grown in the growth step A step of measuring variation in plane orientation, a step of selecting the single crystal whose variation in crystal plane orientation measured in the measurement step is within a predetermined range, and heat-treating the single crystal selected in the selection step And a step of performing.

本発明の更に別の側面としての結晶製造方法は、結晶性物質の原料から種結晶を介して単結晶を成長させるステップと、前記成長ステップで成長された前記単結晶を熱処理するステップとを有し、前記成長ステップで用いる前記種結晶は、不純物の濃度が前記原料の不純物の濃度以下であって、前記熱処理ステップで熱処理される前記単結晶は、表面の結晶面方位分布が2度以下であることを特徴とする。   The crystal manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a step of growing a single crystal from a raw material of a crystalline substance through a seed crystal, and a step of heat-treating the single crystal grown in the growth step. The seed crystal used in the growth step has an impurity concentration equal to or less than the impurity concentration of the raw material, and the single crystal heat-treated in the heat treatment step has a crystal plane orientation distribution of 2 degrees or less on the surface. It is characterized by being.

本発明の更に別の側面としての光学素子は、上述の結晶製造方法から製造される単結晶から製造されることを特徴とする。   An optical element according to still another aspect of the present invention is manufactured from a single crystal manufactured from the above-described crystal manufacturing method.

本発明の更に別の側面としての露光装置は、紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を露光光として利用し、当該露光光を、上述の光学素子を含む光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする。   An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention uses ultraviolet light, far ultraviolet light, and vacuum ultraviolet light as exposure light, and applies the exposure light to an object to be processed through an optical system including the above-described optical element. Irradiation is performed to expose the object to be processed.

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method comprising: exposing a target object using the above-described exposure apparatus; and developing the exposed target object.

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。   Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

本発明によれば、内部透過率などの光学特性に優れた結晶を再現性よく製造することができる結晶製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the crystal manufacturing method which can manufacture the crystal | crystallization excellent in optical characteristics, such as internal transmittance, with sufficient reproducibility can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての結晶製造方法について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。図1は、本発明の結晶製造方法1000を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、フッ化カルシウム単結晶の製造を例に結晶製造方法1000を説明するが、本発明は、フッ化カルシウム単結晶の製造に限定されるものではない。   Hereinafter, a crystal manufacturing method as one aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 1 is a flowchart for explaining a crystal manufacturing method 1000 of the present invention. In the present embodiment, the crystal production method 1000 will be described taking the production of a calcium fluoride single crystal as an example, but the present invention is not limited to the production of a calcium fluoride single crystal.

まず、原料として高純度フッ化カルシウムの合成原料を用意する。高純度フッ化カルシウムの合成原料は、炭酸カルシウム(CaCO)とフッ化水素酸(HF)とを以下の化学式1に示すように反応させて製造する。本発明は、フッ化カルシウム原石をフッ化水素で処理して不純物(例えば、SiO)を除去する方法を排除するものではないが、高純度フッ化カルシウムは原石と違って粉末であり、嵩密度が(約10μm乃至約20μm)非常に小さいので好ましい。 First, a synthetic raw material of high purity calcium fluoride is prepared as a raw material. A synthetic raw material of high-purity calcium fluoride is produced by reacting calcium carbonate (CaCO 3 ) and hydrofluoric acid (HF) as shown in the following chemical formula 1. Although the present invention does not exclude a method of removing impurities (for example, SiO 2 ) by treating calcium fluoride with hydrogen fluoride, high-purity calcium fluoride is powdered and bulky unlike raw stone. This is preferable because the density is very small (about 10 μm to about 20 μm).

上記反応によって合成されたフッ化カルシウムは、乾燥させた後、焼成して水分を除去することが好ましい。また、上記反応で得られたフッ化カルシウムの原料は、水分の吸収を防ぐためにできるだけ大気にさらされないように真空パックしておくことが望ましい。   The calcium fluoride synthesized by the above reaction is preferably dried and then baked to remove moisture. Further, it is desirable that the calcium fluoride raw material obtained by the above reaction is vacuum packed so as not to be exposed to the atmosphere as much as possible in order to prevent moisture absorption.

次いで、フッ化カルシウムの原料とスカベンジャーとを混合する(ステップ1100)。なお、フッ化カルシウムの原料とスカベンジャーとを混合する時は、混合用容器にフッ化カルシウムの原料とスカベンジャーを入れ、回転して均一な混合を確保することが好ましい。   Next, the calcium fluoride raw material and the scavenger are mixed (step 1100). When mixing the calcium fluoride raw material and the scavenger, it is preferable to place the calcium fluoride raw material and the scavenger in a mixing container and rotate to ensure uniform mixing.

スカベンジャーとしては、フッ化亜鉛、フッ化カドミウム、フッ化マンガン、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く、且つ、分解及び蒸発しやすいものが望ましい。フッ化物原料中に混在している酸化物と反応し、気化し易い酸化物となる物質が選択され、特に、フッ化亜鉛が好ましい。   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 and more easily decomposed and evaporated than the growing fluoride are desirable. . A substance that reacts with the oxide mixed in the fluoride raw material and becomes an easily vaporized oxide is selected, and zinc fluoride is particularly preferable.

例えば、フッ化亜鉛(ZnF)スカベンジャーは、以下の化学式2に示すようにCaF2に対して水分の存在により発生した酸化カルシウム(CaO)を、以下の化学式3に示すように、CaFに還元する。 For example, zinc fluoride (ZnF 2) scavenger, the following calcium oxide that occurred for CaF2 as shown in Formula 2 by the presence of moisture (CaO), as shown in the following chemical formula 3, the reduction in CaF 2 To do.

水分が多ければ多いほどスカベンジャーも多く必要になり、また、使用されないスカベンジャーの残留分はフッ化カルシウム結晶に対する不純物となる。このため、水分及びスカベンジャーの量を減らすことが好ましい。スカベンジャーの添加量が多いと、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率の低下をもたらす。   The more moisture, the more scavengers are required, and the unused scavenger residue becomes an impurity to the calcium fluoride crystals. For this reason, it is preferable to reduce the amount of moisture and scavenger. When the amount of the scavenger added is large, the refractive index homogeneity is reduced due to the residual amount of the scavenger, and the internal transmittance and the laser durability are lowered.

こうして得られたフッ化カルシウムの粉末とスカベンジャーの混合物に対して精製処理がなされる(ステップ1200)。精製処理は、不純物(例えば、炭酸)を除去してフッ化カルシウムを高純度化する工程であり、脱水、スカベンジング反応、スカベンジャー生成物の除去、溶融及び固化の作用を含む。精製処理においては、混合物は精製炉の坩堝の中に入れられる。   The thus obtained mixture of calcium fluoride powder and scavenger is subjected to a purification treatment (step 1200). The purification process is a process for removing impurities (for example, carbonic acid) to make calcium fluoride highly purified, and includes dehydration, scavenging reaction, scavenger product removal, melting and solidification. In the refining process, the mixture is placed in a crucible of a refining furnace.

その後、ヒーターに通電して坩堝内の混合物を加熱し、脱水を行う。このように、ステップ1200の精製工程中においても脱水は行われる。反応が終了した温度で精製炉を真空排気系により真空に排気し、次いで、フッ化カルシウムの原料を完全に溶融する。続いて、坩堝を降下させて溶融したフッ化カルシウムの原料を除冷して結晶を成長させる。   Thereafter, the heater is energized to heat the mixture in the crucible and perform dehydration. In this way, dehydration is also performed during the purification process of step 1200. The purification furnace is evacuated to a vacuum by a vacuum evacuation system at a temperature at which the reaction is completed, and then the calcium fluoride raw material is completely melted. Subsequently, the crucible is lowered to remove the molten calcium fluoride material to grow crystals.

精製工程は、嵩密度を高めることが目的であり、後述する単結晶成長工程(ステップ1300)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光学特性に悪影響を与える不純物を除去する。再び、この結晶を坩堝に入れて、溶融、結晶化、上部除去の一連の工程を複数回繰り返し行う。精製した結晶(原料)は、図4を参照して後述される結晶成長装置の坩堝に入れる。   The purpose of the refining process is to increase the bulk density and does not require temperature control as much as the single crystal growth process (step 1300) described later. Therefore, 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 optical characteristics. Again, this crystal is put in a crucible, and a series of steps of melting, crystallization, and top removal is repeated a plurality of times. The purified crystal (raw material) is put in a crucible of a crystal growth apparatus described later with reference to FIG.

次に、精製されたフッ化カルシウムの結晶に対して単結晶成長処理(結晶成長工程)がなされる(ステップ1300)。結晶成長工程では、フッ化カルシウム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。   Next, the purified crystal of calcium fluoride is subjected to a single crystal growth process (crystal growth process) (step 1300). The crystal growth step is a step of growing a single crystal of calcium fluoride to improve the quality of the crystal (that is, adjusting the lattice arrangement).

結晶成長工程では、結晶の成長の基点となる種結晶を用いることが知られているが、単に任意の結晶面(即ち、成長させたい結晶面)を表面として加工した種結晶を用いるだけでは高品質な結晶を得ることができない。そこで、本実施形態では、図2に示すように、種結晶の選別を行う。図2を参照するに、まず、種結晶に含まれる不純物の濃度を検出する(ステップ1310)。なお、検出する不純物は、高品位な結晶を成長させる際に最も悪影響を及ぼすとされるアルカリ土類金属であることが好ましい。これら不純物は誘導結合高周波プラズマ分光質量分析(ICP−MS)を用いることによって定量的に検出することが可能である。ここで、図2は、ステップ1300の結晶成長工程の詳細なフローチャートである。   In the crystal growth process, it is known to use a seed crystal as a starting point of crystal growth, but it is difficult to simply use a seed crystal processed with an arbitrary crystal plane (that is, the crystal plane to be grown) as the surface. Quality crystals cannot be obtained. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, seed crystals are selected. Referring to FIG. 2, first, the concentration of impurities contained in the seed crystal is detected (step 1310). The impurity to be detected is preferably an alkaline earth metal that is considered to have the most adverse effect when growing high-quality crystals. These impurities can be quantitatively detected by using inductively coupled high-frequency plasma spectroscopic mass spectrometry (ICP-MS). Here, FIG. 2 is a detailed flowchart of the crystal growth process of Step 1300.

次いで、ステップ1310で検出された種結晶の不純物の濃度が、精製されたフッ化カルシウムの原料の不純物の濃度以下であるかどうか判断する(ステップ1320)。但し、フッ化カルシウムの原料の不純物の濃度が高い場合も考えられるため、例えば、少なくともアルカリ土類金属の一であるストロンチウムの濃度が300ppm以下である種結晶を対象としてもよい。種結晶の不純物の濃度が原料の不純物の濃度よりも高ければ、ステップ1310に戻り、別の種結晶の不純物の濃度を検出する。   Next, it is determined whether or not the concentration of the seed crystal impurity detected in step 1310 is equal to or lower than the concentration of the purified calcium fluoride raw material impurity (step 1320). However, since the concentration of impurities in the calcium fluoride raw material may be high, for example, a seed crystal in which the concentration of strontium, which is at least one of the alkaline earth metals, is 300 ppm or less may be targeted. If the impurity concentration of the seed crystal is higher than the impurity concentration of the raw material, the process returns to step 1310 to detect the impurity concentration of another seed crystal.

一方、種結晶の不純物の濃度が原料の不純物の濃度以下であれば、更に、かかる種結晶の表面の結晶面方位のばらつきを測定する(ステップ1330)。種結晶の結晶面方位の測定には、種結晶の表面及び断面方向を対象としたX線の結晶面における回折現象を利用する。例えば、イメージングプレートなどの2次元検出器を有するラウエ測定装置を用いたラウエ法やX線トポグラフィーなどがある。   On the other hand, if the impurity concentration of the seed crystal is equal to or lower than the impurity concentration of the raw material, the variation in crystal plane orientation on the surface of the seed crystal is further measured (step 1330). For the measurement of the crystal plane orientation of the seed crystal, a diffraction phenomenon in the crystal plane of X-rays with respect to the surface and cross-sectional direction of the seed crystal is used. For example, there are a Laue method and an X-ray topography using a Laue measuring device having a two-dimensional detector such as an imaging plate.

次に、ステップ1330で測定した種結晶の結晶面方位のばらつきが、許容の範囲内であるかどうか判断する(ステップ1340)。ここで、許容の範囲は、成長させる単結晶に要求される品質に依存するものであり、例えば、露光装置の光学素子等に用いるフッ化カルシウムの単結晶を成長させる場合、種結晶の結晶面方位のばらつきは、0.1度以内に設定することが好ましい。結晶面方位のばらつきが大きい場合、複屈折や屈折率に分布が生じるためである。種結晶の結晶面方位のばらつきが許容の範囲外であれば、ステップ1310に戻り、別の種結晶の不純物の濃度の検出から繰り返す。   Next, it is determined whether or not the variation in crystal plane orientation of the seed crystal measured in step 1330 is within an allowable range (step 1340). Here, the allowable range depends on the quality required for the single crystal to be grown. For example, when a single crystal of calcium fluoride used for an optical element of an exposure apparatus is grown, the crystal plane of the seed crystal The variation in orientation is preferably set within 0.1 degree. This is because when the crystal plane orientation variation is large, distribution occurs in birefringence and refractive index. If the variation in crystal plane orientation of the seed crystal is outside the allowable range, the process returns to step 1310 and the process is repeated from the detection of the impurity concentration of another seed crystal.

種結晶の結晶面方位のばらつきが許容の範囲内であれば、かかる種結晶を坩堝下部に収納し(ステップ1350)、種結晶の一部を融解し、種結晶を介して単結晶の成長を行う。具体的には、坩堝内のフッ化カルシウムの原料を約1390℃乃至1450℃程度まで加熱し、原料を完全に溶融する。その後、徐々に坩堝を降下させて(例えば、0.1mm/h乃至5.0mm/h)溶融したフッ化カルシウムの原料を除冷して種結晶を基にして単結晶を成長させる。単結晶の成長の際には、種結晶の融解位置の結晶面方位を、種結晶の表面における結晶面方位に対して2度以下に維持するようにする。また、成長させる単結晶の結晶面方位が、種結晶と接続する位置の結晶面方位に対して2度以下となるように成長させることが好ましい。種結晶との良好な接続が実現することにより融解位置での面方位が伝承され、その後安定に結晶が成長することにより種接続位置の面方位に対して規定範囲内に収めることができる。これらにより光学的な特性のよい完全性の高い結晶を得ることができる。   If the variation in crystal plane orientation of the seed crystal is within an allowable range, the seed crystal is stored in the lower part of the crucible (step 1350), a part of the seed crystal is melted, and a single crystal is grown through the seed crystal. Do. Specifically, the calcium fluoride raw material in the crucible is heated to about 1390 ° C. to about 1450 ° C. to completely melt the raw material. Thereafter, the crucible is gradually lowered (for example, 0.1 mm / h to 5.0 mm / h), and the molten calcium fluoride raw material is cooled to grow a single crystal based on the seed crystal. During the growth of the single crystal, the crystal plane orientation at the melting position of the seed crystal is maintained at 2 degrees or less with respect to the crystal plane orientation on the surface of the seed crystal. Further, it is preferable that the single crystal to be grown is grown so that the crystal plane orientation is 2 degrees or less with respect to the crystal plane orientation at the position connected to the seed crystal. By realizing a good connection with the seed crystal, the plane orientation at the melting position is transferred, and thereafter, the crystal grows stably, so that it can be within the specified range with respect to the plane orientation at the seed connection position. As a result, a crystal with good optical properties and high integrity can be obtained.

このように、本実施形態では、種結晶中の不純物(例えば、アルカリ土類金属)の濃度がフッ化カルシウムの原料よりも少ないものを選別し、更に、種結晶の任意の結晶面(即ち、単結晶を成長させたい面)を種結晶の融解位置でも保つようにする。これにより、種結晶と成長させる単結晶との界面での急激な不純物濃度勾配及び種結晶の融解位置での結晶面の不完全性を防止し、種結晶と成長する単結晶との接続不良や、種結晶との接続面からの多結晶化、バウンダリー及びサブバウンダリーなどが発生することを抑制することができる。   As described above, in this embodiment, the seed crystal having a lower concentration of impurities (for example, alkaline earth metal) than the calcium fluoride raw material is selected, and an arbitrary crystal plane of the seed crystal (ie, The surface on which the single crystal is to be grown is kept at the melting position of the seed crystal. This prevents a steep impurity concentration gradient at the interface between the seed crystal and the single crystal to be grown and imperfection of the crystal plane at the melting position of the seed crystal, resulting in poor connection between the seed crystal and the growing single crystal. It is possible to suppress the occurrence of polycrystallization, boundary, subboundary, etc. from the connection surface with the seed crystal.

続いて、結晶成長させたフッ化カルシウムの単結晶の表面を研削して余分な付着物を除去し、成長させた単結晶の結晶面分布(結晶面方位のばらつき)を測定する(ステップ1400)。本実施形態では、図3に示すように、結晶面分布を測定する。図3は、ステップ1400の結晶面分布測定の詳細なフローチャートである。   Subsequently, the surface of the grown calcium fluoride single crystal is ground to remove excess deposits, and the crystal plane distribution (crystal surface orientation variation) of the grown single crystal is measured (step 1400). . In this embodiment, the crystal plane distribution is measured as shown in FIG. FIG. 3 is a detailed flowchart of the crystal plane distribution measurement in step 1400.

図3を参照するに、まず、試料台に成長させた単結晶を固定し、例えば、ラウエ測定装置などを用いて、単結晶の任意点の結晶面方位の測定を行う(ステップ1410)。次いで、ステップ1410で測定した結晶面方位を基準としてX線トポグラフィーに適した任意の結晶面を選び、かかる結晶面に対してX線トポグラフィーによって単結晶の表面全体の結晶面分布を測定する(ステップ1420)。   Referring to FIG. 3, first, a single crystal grown on a sample stage is fixed, and the crystal plane orientation at an arbitrary point of the single crystal is measured using, for example, a Laue measurement device (step 1410). Next, an arbitrary crystal plane suitable for X-ray topography is selected based on the crystal plane orientation measured in step 1410, and the crystal plane distribution of the entire surface of the single crystal is measured by X-ray topography with respect to such crystal plane. (Step 1420).

X線トポグラフから明らかに結晶面方位の異なった部分が成長させた単結晶にあれば、再度、その部分の結晶面方位を測定し、結晶面方位のずれを定量する(ステップ1430)。ステップ1410乃至1430を単結晶の成長方向に対して上面及び底面について行うことによって、成長させた単結晶の結晶面方位のばらつきがわかる。   If there is a portion in which the crystal plane orientation clearly differs from the X-ray topograph in the grown single crystal, the crystal plane orientation of the portion is measured again, and the deviation of the crystal plane orientation is quantified (step 1430). By performing steps 1410 to 1430 on the top surface and the bottom surface with respect to the growth direction of the single crystal, the variation in crystal plane orientation of the grown single crystal can be found.

そして、結晶面分布が所定の範囲内の単結晶を選択し(ステップ1440)、アニール炉で熱処理(アニール工程)する(ステップ1500)。ここで、所定の範囲は、成長させる単結晶に要求される品質に依存するものであり、例えば、露光装置の光学素子等に用いるフッ化カルシウムの単結晶を成長させる場合、結晶面分布を2度以内に設定することが好ましい。但し、単結晶全体の結晶面分布が2度以下になる必要はなく、光学素子として使用する部分の表面の結晶面分布が2度以下であればよいことは言うまでもない。   Then, a single crystal having a crystal plane distribution within a predetermined range is selected (step 1440), and heat treatment (annealing process) is performed in an annealing furnace (step 1500). Here, the predetermined range depends on the quality required for the single crystal to be grown. For example, when a single crystal of calcium fluoride used for an optical element of an exposure apparatus is grown, the crystal plane distribution is 2 It is preferable to set within a degree. However, it is needless to say that the crystal plane distribution of the entire single crystal need not be 2 degrees or less, and the crystal plane distribution on the surface of the portion used as the optical element may be 2 degrees or less.

このように、本実施形態では、成長させた単結晶の結晶面状態をアニール工程前に測定し、アニール工程に引き渡す単結晶を選別することで、アニール処理後の研磨工程における研磨欠陥などを防止することができる。   As described above, in this embodiment, the crystal plane state of the grown single crystal is measured before the annealing process, and the single crystal delivered to the annealing process is selected, thereby preventing polishing defects in the polishing process after the annealing process. can do.

アニール工程は、成長させたフッ化カルシウムの単結晶を熱処理し、結晶の割れを引き起こす歪みを除去する工程である。具体的には、アニール工程は、アニール炉の坩堝を約900℃乃至約1300℃に均熱的に加熱して、固体のままフッ化カルシウム単結晶の歪を除去する。加熱温度を約1140℃以上にすると構造変化などを引き起こしてしまうので好ましくはない。加熱時間は、約20時間以上、より好ましくは、約20時間乃至約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少する。そして、歪がなくなった状態を維持しながらフッ化カルシウム単結晶の温度を室温に戻す。   The annealing step is a step of heat-treating the grown calcium fluoride single crystal to remove strain that causes crystal cracking. Specifically, in the annealing step, the crucible of the annealing furnace is heated uniformly to about 900 ° C. to about 1300 ° C. to remove the strain of the calcium fluoride single crystal while remaining solid. A heating temperature of about 1140 ° C. or higher is not preferable because it causes structural changes and the like. The heating time is about 20 hours or more, more preferably about 20 hours to about 30 hours. In the annealing step, crystal dislocations are reduced through annealing. And the temperature of a calcium-fluoride single crystal is returned to room temperature, maintaining the state from which distortion was lost.

その後、フッ化カルシウム単結晶を必要とされる光学素子に形成する(ステップ1600)。光学素子は、レンズ、回折素子、光学膜体及びそれらの複合体、例えば、レンズ、マルチレンズ、レンズアレイ、レンチキュラーレンズ、ハエの目レンズ、非球面レンズ、回折格子、バイナリーオプティックス素子及びそれらの複合体を含む。また、光学素子は、単体のレンズ等に加えて(例えば、フォーカス制御用の)光センサーなどを含む。必要に応じて、反射防止膜をフッ化カルシウム結晶の光学部品表面に設けるとよい。反射防止膜としては、フッ化マグネシウムや酸化アルミニウム、酸化タンタルが好適に用いられ、これらは抵抗加熱による蒸着や電子ビーム蒸着やスパッタリングなどで形成できる。本発明により得られた光学素子は、内部透過率やレーザー耐久性などの品質に優れているため、従来の光学素子よりも光学性能が向上している。   Thereafter, a calcium fluoride single crystal is formed on the required optical element (step 1600). Optical elements include lenses, diffractive elements, optical film bodies and their composites, such as lenses, multi-lenses, lens arrays, lenticular lenses, fly-eye lenses, aspherical lenses, diffraction gratings, binary optics elements and their Includes complex. The optical element includes an optical sensor (for example, for focus control) in addition to a single lens. If necessary, an antireflection film may be provided on the surface of the optical component of calcium fluoride crystal. As the antireflection film, magnesium fluoride, aluminum oxide, or tantalum oxide is preferably used, and these can be formed by vapor deposition by resistance heating, electron beam vapor deposition, sputtering, or the like. Since the optical element obtained by the present invention is excellent in quality such as internal transmittance and laser durability, the optical performance is improved as compared with the conventional optical element.

本発明の光学素子を各種組み合わせれば、ArFエキシマレーザー、Fレーザーに適した投影光学系、照明光学系を構成することができる。そして、各種レーザー光源と、本発明の結晶製造方法1000から得られたフッ化カルシウムからなるレンズを有する光学系と、ウェハ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することができる。 If the optical elements of the present invention are combined in various ways, a projection optical system and illumination optical system suitable for ArF excimer laser and F 2 laser can be configured. An exposure apparatus for photolithography is configured by combining various laser light sources, an optical system having a lens made of calcium fluoride obtained from the crystal manufacturing method 1000 of the present invention, and a stage capable of moving the wafer. Can do.

以上、説明したように、本発明の結晶製造方法1000によれば、種結晶及び成長させた単結晶の選別を行うことで、内部透過率やレーザー耐久性などの品質に優れた結晶を再現性よく製造することができる。   As described above, according to the crystal manufacturing method 1000 of the present invention, by selecting the seed crystal and the grown single crystal, a crystal having excellent quality such as internal transmittance and laser durability is reproducible. Can be manufactured well.

図4は、上述のステップ1300で使用される結晶製造装置100の構成を示す概略断面図である。結晶製造装置100は、フッ化カルシウムの原料IDを坩堝110内で溶融し、次いで、冷却することで原料IDを結晶成長させる。結晶製造装置100は、図4に示すように、坩堝110と、支持部材120と、ヒーター130と、断熱部材140と、筐体150と、制御部160とを有する。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the crystal manufacturing apparatus 100 used in step 1300 described above. The crystal manufacturing apparatus 100 melts the raw material ID of calcium fluoride in the crucible 110, and then cools the raw material ID to grow crystals. As shown in FIG. 4, the crystal manufacturing apparatus 100 includes a crucible 110, a support member 120, a heater 130, a heat insulating member 140, a housing 150, and a control unit 160.

結晶製造装置100においては、支持部材120に支持された略円筒形の坩堝110が、略円筒形の筐体150及び断熱部材140によって画定された成長炉CGFに収納され、坩堝110の円筒面及び上面に沿って配置されたヒーター130によって加熱される。また、結晶製造装置100は、成長炉CGFを減圧又は真空環境に維持する図示しない排気装置を備えている。   In the crystal manufacturing apparatus 100, a substantially cylindrical crucible 110 supported by a support member 120 is accommodated in a growth furnace CGF defined by a substantially cylindrical casing 150 and a heat insulating member 140, and the cylindrical surface of the crucible 110 and Heated by a heater 130 disposed along the upper surface. In addition, the crystal manufacturing apparatus 100 includes an exhaust device (not shown) that maintains the growth furnace CGF in a reduced pressure or vacuum environment.

坩堝110は、結晶性物質(本実施形態では、フッ化カルシウム)の原料IDを収納する。坩堝110は、結晶性物質の原料IDを溶融、保持及び結晶成長させるため、融液と反応せず不純物含有量の少ない材質、例えば、カーボン、プラチナ、石英ガラス、窒化ホウ素など、から構成されることが好ましい。また、坩堝110の材料は、その熱伝導度が成長させる結晶の熱伝導と同程度、特に、1/2乃至2倍程度であることが好ましい。熱伝導度が大きすぎると坩堝110による縦方向の熱伝導が大きくなり、成長させる単結晶の縦方向の温度勾配が小さくなるためである。また、熱伝導度が小さすぎると断熱効果によりヒーターの作る温度分布が原料に反映されなくなり、成長させる単結晶に所定の縦方向の温度勾配を形成することが困難になるためである。   The crucible 110 stores a raw material ID of a crystalline substance (in this embodiment, calcium fluoride). The crucible 110 is made of a material that does not react with the melt and has a low impurity content, for example, carbon, platinum, quartz glass, boron nitride, etc., in order to melt, hold, and grow the crystal material ID. It is preferable. The material of the crucible 110 is preferably about the same as the thermal conductivity of the crystal to be grown, particularly about 1/2 to 2 times. This is because if the thermal conductivity is too high, the longitudinal heat conduction by the crucible 110 increases, and the longitudinal temperature gradient of the single crystal to be grown becomes small. Further, if the thermal conductivity is too small, the temperature distribution created by the heater is not reflected in the raw material due to the heat insulating effect, and it becomes difficult to form a predetermined vertical temperature gradient in the single crystal to be grown.

坩堝110は、種結晶SCを収納する収納部112を底面に有する。収納部112は、図示しないテーパー部が坩堝110の内部に連なるように形成される。テーパー部により、収納部112に設置された種結晶SCからの成長領域が成長するにつれて大きくなる。種結晶SCを任意の方向に配向して収納部112に配置することにより、成長させる結晶面方位を制御することができる。坩堝110は、底面の収納部112において支持部材120に連結して成長炉CGFの中央部に配置される。   The crucible 110 has a storage portion 112 for storing the seed crystal SC on the bottom surface. The storage portion 112 is formed such that a taper portion (not shown) is continuous with the inside of the crucible 110. The taper portion increases as the growth region from the seed crystal SC installed in the storage portion 112 grows. The crystal plane orientation to be grown can be controlled by arranging the seed crystal SC in the storage portion 112 with an orientation in an arbitrary direction. The crucible 110 is connected to the support member 120 in the storage portion 112 on the bottom surface and is arranged at the center of the growth reactor CGF.

支持部材120は、筐体150の底部を貫通し、上部が成長炉CGFに達する。支持部材120は、坩堝110と坩堝110中の融液重量を支持し、図示しない坩堝昇降機構を有する。坩堝昇降機構は、例えば、支持部材120に接続されたモーターと、モーターを通電する電源と、電源を制御する制御機構から構成され、モーターへの電源による通電を制御機構が制御することにより、支持部材120を介して坩堝110をヒーター130の加熱領域から非加熱領域へ移動して坩堝110の温度を徐々に下げることができる。更に、支持部材120は、図示しない回転機構を有し、かかる回転機構を介して坩堝110を回転できるように構成してもよい。支持部材120による坩堝110の回転は、坩堝110の温度を均一にするために行われる。   The support member 120 penetrates the bottom of the casing 150 and the top reaches the growth reactor CGF. The support member 120 supports the crucible 110 and the weight of the melt in the crucible 110 and has a crucible lifting / lowering mechanism (not shown). The crucible elevating mechanism is composed of, for example, a motor connected to the support member 120, a power source for energizing the motor, and a control mechanism for controlling the power source, and the control mechanism controls energization by the power source to support the motor. The temperature of the crucible 110 can be gradually lowered by moving the crucible 110 from the heating region of the heater 130 to the non-heating region via the member 120. Further, the support member 120 may have a rotation mechanism (not shown) so that the crucible 110 can be rotated via the rotation mechanism. The rotation of the crucible 110 by the support member 120 is performed in order to make the temperature of the crucible 110 uniform.

ヒーター130は、坩堝110の円筒面に対してリング状、且つ、坩堝110の上面を覆うように配置され、坩堝110ごと原料IDを加熱し、これを溶融する。本実施形態のヒーター130は、坩堝110の鉛直方向に沿って均一な加熱力で坩堝110を加熱する。なお、ヒーター130を多段構成とすることで、成長炉CGF内の温度を精密に制御することができる。   The heater 130 is arranged in a ring shape with respect to the cylindrical surface of the crucible 110 and covers the upper surface of the crucible 110, and heats the raw material ID together with the crucible 110 to melt it. The heater 130 of the present embodiment heats the crucible 110 with a uniform heating force along the vertical direction of the crucible 110. In addition, the temperature in the growth furnace CGF can be precisely controlled by providing the heater 130 with a multi-stage configuration.

断熱部材140は、ヒーター130を取り囲むように成長炉CGFの内側面に近接して配置される。断熱部材140は、内面がよく研磨されたカーボン製を使用し、ヒーター130の熱から筐体150内面を保護する。   The heat insulating member 140 is disposed adjacent to the inner surface of the growth furnace CGF so as to surround the heater 130. The heat insulating member 140 is made of carbon whose inner surface is well polished, and protects the inner surface of the housing 150 from the heat of the heater 130.

筐体150は、結晶成長に際して成長炉CGF内の雰囲気を外気から遮断すると共に、成長炉CGF内の減圧又は真空環境を維持する。筐体150は、例えば、ステンレス製の二重円筒等を用いて、図示しない断熱材を二重円筒内に配置することにより構成される。   The case 150 blocks the atmosphere in the growth furnace CGF from the outside air during crystal growth, and maintains a reduced pressure or vacuum environment in the growth furnace CGF. The housing 150 is configured by arranging a heat insulating material (not shown) in the double cylinder using, for example, a stainless steel double cylinder.

制御部160は、結晶製造装置100の各部の動作を制御する。制御部160は、本実施形態では、種結晶SCの融解位置の結晶面方位を、種結晶SCの表面における結晶面方位に対して2度以下に維持し、また、単結晶の結晶面方位が、種結晶SCと接続する位置の結晶面方位に対して2度以下となるように結晶成長を制御する。具体的には、種結晶接続時の温度勾配を小さくとり坩堝の引き下げ速度を1mm/h以下で制御することにより結晶成長を制御する。   The control unit 160 controls the operation of each unit of the crystal manufacturing apparatus 100. In this embodiment, the control unit 160 maintains the crystal plane orientation at the melting position of the seed crystal SC at 2 degrees or less with respect to the crystal plane orientation on the surface of the seed crystal SC, and the crystal plane orientation of the single crystal is The crystal growth is controlled so as to be 2 degrees or less with respect to the crystal plane orientation at the position connected to the seed crystal SC. Specifically, crystal growth is controlled by reducing the temperature gradient at the time of connecting the seed crystal and controlling the crucible pulling speed at 1 mm / h or less.

まず、原料IDとなる高純度フッ化カルシウムを生成した。炭酸カルシウムとフッ化水素酸とを反応させて粉末のフッ化カルシウムとした後、スカベンジャーであるフッ化亜鉛をフッ化カルシウムに対して添加し、両者が均一になるまで混合させた。次いで、この混合物を精製炉の坩堝に入れて加熱した後、冷却し、原料IDとなる高純度フッ化カルシウムを得た。   First, high-purity calcium fluoride serving as a raw material ID was generated. After calcium carbonate and hydrofluoric acid were reacted to form powdered calcium fluoride, scavenger zinc fluoride was added to the calcium fluoride and mixed until both were uniform. Next, this mixture was placed in a crucible of a refining furnace, heated, and then cooled to obtain high-purity calcium fluoride serving as a raw material ID.

次に、原料IDを図4に示す結晶製造装置100の坩堝110に収納した。一方、坩堝110の収納部112に収納する種結晶SCは、不純物濃度が原料IDよりも少なく、且つ、ラウエ法及びX線トポグラフィーにより結晶表面が(1 1 1)面から1度以内に収まり、結晶面方位分布が0.1度以内である種結晶を用いる。更に、種結晶SCの断面の結晶面方位分布を測定し、少なくても表面から20mmは同じ結晶面方位を有する種結晶を用いた。   Next, the raw material ID was stored in the crucible 110 of the crystal manufacturing apparatus 100 shown in FIG. On the other hand, the seed crystal SC stored in the storage unit 112 of the crucible 110 has an impurity concentration lower than that of the raw material ID, and the crystal surface falls within one degree from the (1 1 1) plane by the Laue method and X-ray topography. A seed crystal having a crystal plane orientation distribution within 0.1 degree is used. Furthermore, the crystal plane orientation distribution of the cross section of the seed crystal SC was measured, and a seed crystal having the same crystal plane orientation at least 20 mm from the surface was used.

次いで、図示しない排気装置によって成長炉CGFを真空雰囲気にすると共に、ヒーター130により成長炉CGFの温度を室温からフッ化カルシウムの融点以上に昇温し、原料IDを溶融した。そして、坩堝110を徐々に降下させ、種結晶SCを基点として、フッ化カルシウム単結晶の成長を行った。成長させたフッ化カルシウムを、ラウエ法及びX線トポグラフィーにより観察すると、種結晶SCと成長結晶(フッ化カルシウム単結晶)の良好な接合が確認された。   Next, the growth furnace CGF was brought into a vacuum atmosphere by an exhaust device (not shown), and the temperature of the growth furnace CGF was raised from room temperature to the melting point of calcium fluoride or more by the heater 130 to melt the raw material ID. Then, the crucible 110 was gradually lowered, and a calcium fluoride single crystal was grown using the seed crystal SC as a base point. When the grown calcium fluoride was observed by the Laue method and X-ray topography, good bonding between the seed crystal SC and the grown crystal (calcium fluoride single crystal) was confirmed.

次に、成長させたフッ化カルシウム単結晶の結晶面分布を測定し、結晶面分布が2度以内のフッ化カルシウム単結晶をアニール炉の坩堝に入れた。そして、アニール炉を排気して坩堝の温度を1100℃に昇温し、50時間保持した。その後、徐々に降温し、室温まで冷却した。このようにして得られたフッ化カルシウム単結晶に研磨加工を施し、光学素子を形成した。その結果、研磨欠陥等が生じることなく所望の光学特性を有する光学素子を作製できた。   Next, the crystal plane distribution of the grown calcium fluoride single crystal was measured, and a calcium fluoride single crystal having a crystal plane distribution of 2 degrees or less was placed in a crucible of an annealing furnace. Then, the annealing furnace was evacuated and the temperature of the crucible was raised to 1100 ° C. and held for 50 hours. Thereafter, the temperature was gradually lowered and cooled to room temperature. The calcium fluoride single crystal thus obtained was polished to form an optical element. As a result, an optical element having desired optical characteristics could be produced without causing polishing defects.

以下、図5を参照して、本発明の例示的な露光装置500について説明する。ここで、図5は、本発明の露光装置500の構成を示す概略ブロック図である。露光装置500は、図5に示すように、回路パターンが形成されたレチクル520を照明する照明装置510と、照明されたレチクルパターンから生じる回折光をプレート540に投影する投影光学系530と、プレート540を支持するステージ545とを有する。   Hereinafter, an exemplary exposure apparatus 500 of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the exposure apparatus 500 of the present invention. As shown in FIG. 5, the exposure apparatus 500 includes an illumination apparatus 510 that illuminates a reticle 520 on which a circuit pattern is formed, a projection optical system 530 that projects diffracted light generated from the illuminated reticle pattern onto a plate 540, and a plate And a stage 545 for supporting 540.

露光装置500は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクル520に形成された回路パターンをプレート540に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(「スキャナー」とも呼ばれる。)を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン(走査)してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、1ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。   The exposure apparatus 500 is a projection exposure apparatus that exposes a plate 540 with a circuit pattern formed on the reticle 520 by, for example, a step-and-scan method or a step-and-repeat method. Such an exposure apparatus is suitable for a lithography process of sub-micron or quarter micron or less, and in the present embodiment, a step-and-scan type exposure apparatus (also referred to as “scanner”) will be described as an example. Here, the “step and scan method” means that the wafer is continuously scanned (scanned) with respect to the reticle to expose the reticle pattern onto the wafer, and the wafer is stepped after completion of one shot of exposure. The exposure method moves to the next exposure area. The “step-and-repeat method” is an exposure method in which the wafer is stepped and moved to the exposure area of the next shot for every batch exposure of the wafer.

照明装置510は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル520を照明し、光源部512と、照明光学系514とを有する。   The illumination device 510 illuminates a reticle 520 on which a transfer circuit pattern is formed, and includes a light source unit 512 and an illumination optical system 514.

光源部512は、例えば、光源としては、波長約193nmのArFエキシマレーザー、波長約248nmのKrFエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約153nmのFレーザーやYAGレーザーを使用してもよいし、その光源も個数も限定されない。例えば、独立に動作する2個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部512にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部512に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。 As the light source unit 512, for example, an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of about 248 nm, or the like can be used as the light source. However, the type of the light source is not limited to the excimer laser. A 153 nm F 2 laser or a YAG laser may be used, and the light source and the number thereof are not limited. For example, if two solid-state lasers that operate independently are used, there is no mutual coherence between the solid-state lasers, and speckle caused by the coherence is considerably reduced. Further, the optical system may be swung linearly or rotationally to reduce speckle. When a laser is used for the light source unit 512, a light beam shaping optical system that shapes a parallel light beam from the laser light source into a desired beam shape and an incoherent optical system that makes a coherent laser beam incoherent are used. Is preferred. The light source that can be used for the light source unit 512 is not limited to the laser, and one or a plurality of lamps such as a mercury lamp and a xenon lamp can be used.

照明光学系514は、レチクル520を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系514は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや2組のシリンドリカルレンズアレイ(又はレンチキュラーレンズ)板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。かかる照明光学系514のレンズなどの光学素子に本発明のフッ化カルシウム結晶から製造される光学素子を使用することができる。   The illumination optical system 514 is an optical system that illuminates the reticle 520, and includes a lens, a mirror, an optical integrator, a stop, and the like. For example, a condenser lens, a fly-eye lens, an aperture stop, a condenser lens, a slit, and an imaging optical system are arranged in this order. The illumination optical system 514 can be used regardless of on-axis light or off-axis light. The optical integrator includes an integrator configured by stacking a fly-eye lens and two sets of cylindrical lens array (or lenticular lens) plates, and may be replaced with an optical rod or a diffractive element. An optical element manufactured from the calcium fluoride crystal of the present invention can be used as an optical element such as a lens of the illumination optical system 514.

レチクル520は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル520から発せられた回折光は、投影光学系530を通りプレート540上に投影される。レチクル520とプレート540は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置500はスキャナーであるため、レチクル520とプレート540を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル520のパターンをプレート540上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置(「ステッパー」とも呼ばれる。)の場合は、レチクル520とプレート540を静止させた状態で露光が行われる。   The reticle 520 is made of, for example, quartz, on which a circuit pattern (or image) to be transferred is formed, and is supported and driven by a reticle stage (not shown). Diffracted light emitted from the reticle 520 passes through the projection optical system 530 and is projected onto the plate 540. The reticle 520 and the plate 540 are optically conjugate. Since the exposure apparatus 500 of this embodiment is a scanner, the pattern of the reticle 520 is transferred onto the plate 540 by scanning the reticle 520 and the plate 540 at a speed ratio of the reduction magnification ratio. In the case of a step-and-repeat type exposure apparatus (also referred to as a “stepper”), exposure is performed with the reticle 520 and the plate 540 being stationary.

投影光学系530は、物体面であるレチクル520上のパターンを反映する光を像面であるプレート540上に投影する光学系である。投影光学系530は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系(カタディオプトリック光学系)、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値(アッベ値)の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。かかる投影光学系530のレンズなどの光学素子に本発明のフッ化カルシウム結晶から製造される光学素子を使用することができる。   The projection optical system 530 is an optical system that projects light that reflects a pattern on the reticle 520 that is the object plane onto the plate 540 that is the image plane. The projection optical system 530 includes an optical system composed only of a plurality of lens elements, an optical system (catadioptric optical system) having a plurality of lens elements and at least one concave mirror, a plurality of lens elements, and at least one kinoform. An optical system having a diffractive optical element such as an all-mirror optical system can be used. When correction of chromatic aberration is required, a plurality of lens elements made of glass materials having different dispersion values (Abbe values) can be used, or the diffractive optical element can be configured to generate dispersion in the opposite direction to the lens element. To do. An optical element manufactured from the calcium fluoride crystal of the present invention can be used as an optical element such as a lens of the projection optical system 530.

プレート540は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板やその他の被処理体を広く含む。プレート540には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質(即ち、界面活性剤塗布による疎水性化)処理であり、HMDS(Hexamethyl−disilazane)などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング(焼成)工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。   The plate 540 is a wafer in this embodiment, but widely includes a liquid crystal substrate and other objects to be processed. The plate 540 is coated with a photoresist. The photoresist coating process includes a pretreatment, an adhesion improver coating process, a photoresist coating process, and a prebaking process. Pretreatment includes washing, drying and the like. The adhesion improver coating process is a surface modification process for improving the adhesion between the photoresist and the base (that is, a hydrophobic process by application of a surfactant), and an organic film such as HMDS (Hexmethyl-disilazane) is used. Coat or steam. Pre-baking is a baking (baking) step, but is softer than that after development, and removes the solvent.

ステージ545は、プレート540を支持する。ステージ545は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ545は、リニアモーターを利用してXY方向にプレート540を移動することができる。レチクル520とプレート540は、例えば、同期走査され、ステージ545と図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ545は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ及び投影光学系530は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。   The stage 545 supports the plate 540. Since any structure known in the art can be applied to the stage 545, detailed description of the structure and operation is omitted here. For example, the stage 545 can move the plate 540 in the XY directions using a linear motor. For example, the reticle 520 and the plate 540 are synchronously scanned, and the positions of the stage 545 and the reticle stage (not shown) are monitored by, for example, a laser interferometer, and both are driven at a constant speed ratio. The stage 545 is provided on a stage surface plate supported on a floor or the like via a damper, for example, and the reticle stage and the projection optical system 530 have a damper on a base frame placed on the floor or the like, for example. It is provided on a lens barrel surface plate (not shown) that is supported via the cable.

露光において、光源部514から発せられた光束は、照明光学系514によりレチクル520を、例えば、ケーラー照明する。レチクル520を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系530によりプレート540上に結像される。露光装置500が使用する照明光学系514及び投影光学系530は、本発明によるフッ化カルシウムから製造される光学素子を含んで、紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を高い透過率で透過するので、高いスループットで経済性よくデバイス(半導体素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気ヘッドなど)を提供することができる。   In the exposure, the light beam emitted from the light source unit 514 illuminates the reticle 520 with, for example, Koehler illumination by the illumination optical system 514. Light that passes through the reticle 520 and reflects the reticle pattern is imaged on the plate 540 by the projection optical system 530. The illumination optical system 514 and the projection optical system 530 used by the exposure apparatus 500 include an optical element manufactured from calcium fluoride according to the present invention, and transmit ultraviolet light, far ultraviolet light, and vacuum ultraviolet light with high transmittance. Therefore, it is possible to provide a device (semiconductor element, LCD element, imaging element (CCD, etc.), thin film magnetic head, etc.) with high throughput and high economic efficiency.

次に、図6及び図7を参照して、上述の露光装置500を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図6は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。   Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus 500 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 1 (circuit design), a device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced. In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by the lithography technique of the present invention using the mask and the wafer. Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4. The assembly process (dicing, bonding), packaging process (chip encapsulation), and the like are performed. Including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図7は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、上述の露光装置500によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置500を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。   FIG. 7 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition or the like. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus 500 to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. According to this device manufacturing method, it is possible to manufacture a higher quality device than before. Thus, the device manufacturing method using the exposure apparatus 500 and the resulting device also constitute one aspect of the present invention.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、溶融した原料を冷却する方法は、ブリッジマン法以外でも、坩堝を固定してヒーターを引き上げていく方法、ヒーター出力を徐々に落としていく方法、その他周知のいかなる方法であってもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, the method of cooling the melted raw material may be any method other than the Bridgeman method, such as a method of pulling up the heater while fixing the crucible, a method of gradually decreasing the heater output, or any other known method.

本発明の一側面としての結晶製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the crystal manufacturing method as 1 side surface of this invention. 図1に示すステップ1300の結晶成長工程の詳細なフローチャートである。It is a detailed flowchart of the crystal growth process of step 1300 shown in FIG. 図1に示すステップ1400の結晶面分布測定の詳細なフローチャートである。It is a detailed flowchart of the crystal plane distribution measurement of step 1400 shown in FIG. 図1に示すステップ1300で使用される結晶製造装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the crystal manufacturing apparatus used by step 1300 shown in FIG. 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the exposure apparatus as 1 side surface of this invention. デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating manufacture of devices (semiconductor chips, such as IC and LSI, LCD, CCD, etc.). 図6に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。7 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4 shown in FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

100 結晶製造装置
110 坩堝
120 支持部材
130 ヒーター
140 断熱部材
150 筐体
160 制御部
SGF 成長炉
ID 原料
SC 種結晶
500 露光装置
510 照明装置
514 照明光学系
530 投影光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Crystal manufacturing apparatus 110 Crucible 120 Support member 130 Heater 140 Heat insulation member 150 Case 160 Control part SGF Growth furnace ID Raw material SC Seed crystal 500 Exposure apparatus 510 Illumination apparatus 514 Illumination optical system 530 Projection optical system

Claims (15)

結晶性物質の原料から単結晶を成長させる結晶製造方法であって、
前記単結晶の成長の基点となる種結晶に含まれる不純物の濃度を検出するステップと、
前記検出ステップで検出された前記不純物の濃度が、前記原料の不純物の濃度以下である前記種結晶を前記坩堝に収納するステップと、
前記収納ステップで前記坩堝に収納された前記種結晶を介して前記単結晶を成長させるステップとを有することを特徴とする結晶製造方法。
A crystal manufacturing method for growing a single crystal from a raw material of a crystalline substance,
Detecting a concentration of impurities contained in a seed crystal serving as a base point for growth of the single crystal;
Storing the seed crystal in which the concentration of the impurity detected in the detection step is equal to or less than the concentration of the impurity of the raw material in the crucible;
And a step of growing the single crystal through the seed crystal housed in the crucible in the housing step.
前記不純物は、アルカリ土類金属であることを特徴とする請求項1記載の結晶製造方法。   The crystal manufacturing method according to claim 1, wherein the impurity is an alkaline earth metal. 前記種結晶の表面において、結晶面方位のばらつきを測定するステップを更に有し、
前記収納ステップは、前記測定ステップで測定された前記結晶面方位のばらつきが、0.1度以内である前記種結晶を収納することを特徴とする請求項1記載の結晶製造方法。
Measuring a variation in crystal plane orientation on the surface of the seed crystal;
2. The crystal manufacturing method according to claim 1, wherein the storing step stores the seed crystal whose variation in crystal plane orientation measured in the measuring step is within 0.1 degrees.
前記測定ステップは、ラウエ法又はX線トポグラフィーを用いることを特徴とする請求項3記載の結晶製造方法。   4. The crystal manufacturing method according to claim 3, wherein the measuring step uses Laue method or X-ray topography. 前記成長ステップは、前記種結晶の融解位置の前記結晶面方位を、前記種結晶の表面における前記結晶面方位に対して2度以下に維持することを特徴とする請求項3記載の結晶製造方法。   4. The crystal manufacturing method according to claim 3, wherein the growth step maintains the crystal plane orientation of the melting position of the seed crystal at 2 degrees or less with respect to the crystal plane orientation on the surface of the seed crystal. . 前記成長ステップは、前記単結晶の結晶面方位が、前記種結晶と接続する位置の結晶面方位に対して2度以下となるように成長させることを特徴とする請求項3記載の結晶製造方法。   4. The crystal manufacturing method according to claim 3, wherein in the growth step, the single crystal is grown so that a crystal plane orientation thereof is 2 degrees or less with respect to a crystal plane orientation at a position connected to the seed crystal. . 結晶性物質の原料を溶融し、次いで固化することで前記原料の単結晶を成長させるステップと、
前記成長ステップで成長させた前記単結晶の結晶面方位のばらつきを測定するステップと、
前記測定ステップで測定した前記結晶面方位のばらつきが、所定の範囲内の前記単結晶を選択するステップと、
前記選択ステップで選択された前記単結晶を熱処理するステップとを有することを特徴とする結晶製造方法。
Growing a single crystal of the raw material by melting the raw material of the crystalline substance and then solidifying;
Measuring a variation in crystal plane orientation of the single crystal grown in the growth step;
A variation of the crystal plane orientation measured in the measuring step, the step of selecting the single crystal within a predetermined range;
And a step of heat-treating the single crystal selected in the selection step.
前記選択ステップは、表面の結晶面方位分布が2度以下の前記単結晶を選択することを特徴とする請求項7記載の結晶製造方法。   8. The crystal manufacturing method according to claim 7, wherein the selecting step selects the single crystal having a crystal plane orientation distribution of 2 degrees or less on the surface. 前記測定ステップは、前記単結晶の結晶面でのX線の回折現象を利用することを特徴とする請求項7記載の結晶製造方法。   The crystal manufacturing method according to claim 7, wherein the measuring step uses an X-ray diffraction phenomenon on a crystal plane of the single crystal. 結晶性物質の原料から種結晶を介して単結晶を成長させるステップと、
前記成長ステップで成長された前記単結晶を熱処理するステップとを有し、
前記成長ステップで用いる前記種結晶は、不純物の濃度が前記原料の不純物の濃度以下であって、
前記熱処理ステップで熱処理される前記単結晶は、表面の結晶面方位分布が2度以下であることを特徴とする結晶製造方法。
Growing a single crystal from a raw material of a crystalline material through a seed crystal;
Heat-treating the single crystal grown in the growth step,
The seed crystal used in the growth step has an impurity concentration equal to or lower than the impurity concentration of the raw material,
The crystal manufacturing method, wherein the single crystal heat-treated in the heat treatment step has a surface crystal plane orientation distribution of 2 degrees or less.
前記原料は、フッ化カルシウムであることを特徴とする請求項1、7又は10のうちいずれか一項記載の結晶製造方法。   The crystal production method according to claim 1, wherein the raw material is calcium fluoride. 請求項1乃至11のうちいずれか一項記載の結晶製造方法から製造される単結晶から製造されることを特徴とする光学素子。   An optical element manufactured from a single crystal manufactured from the crystal manufacturing method according to claim 1. レンズ、回折格子、光学膜体及びそれらの複合体の一であることを特徴とする請求項12記載の光学素子。   13. The optical element according to claim 12, wherein the optical element is one of a lens, a diffraction grating, an optical film body, and a composite thereof. 紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を露光光として利用し、当該露光光を、請求項11又は12記載の光学素子を含む光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする露光装置。   Using ultraviolet light, far ultraviolet light, and vacuum ultraviolet light as exposure light, irradiating the object to be processed through the optical system including the optical element according to claim 11 or 12 to irradiate the object to be processed An exposure apparatus for performing exposure. 請求項14記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
Exposing a workpiece using the exposure apparatus according to claim 14;
And developing the exposed object to be processed.
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