JP2006052095A - Fluoride single crystal, its manufacturing method, aligner, and method for manufacturing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluoride single crystal which is excellent in optical characteristics such as refractive index uniformity, thereby it is free from the problem of the occurrence of a flare; and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The fluoride single crystal having a plurality of subgrains partitioned by subboundaries, wherein the relative inclination angle of the crystal face orientation of the adjacent subgrain is ≤0.02° and the maximum inclination angle of the crystal face orientation of the subgrain is within 0.2°, is used for an optical element material. The residual RMS value, obtained by analyzing the in-plane distribution of the refractive index uniformity with the Zernike polynomial approximation and subtracting 1-36 term components, is ≤20 ppb. The method for manufacturing the fluoride single crystal, comprising manufacturing the single crystal from a raw material of a crystalline substance accommodated in a crucible, is characterized by including a step for forming a temperature gradient of ≤10°C/cm, a step for growing the crystal of the molten raw material by moving the crucible at a speed of ≤0.5 mm/h, and a step for gradually cooling the crystal grown in the previous growing step at a cooling speed of ≤5°C/h. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一般には、フッ化物単結晶とその製造方法に係り、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、窓材、プリズム、露光装置に好適なフッ化カルシウム(CaF)結晶とその結晶製造方法に関する。本発明は、例えば、大口径(口径200mm以上)の結晶を製造する結晶製造方法に好適である。 The present invention generally relates to a fluoride single crystal and a manufacturing method thereof, and particularly suitable for various optical elements, lenses, window materials, prisms, 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 calcium fluoride (CaF 2 ) crystal and a method for producing the crystal. The present invention is suitable, for example, for a crystal manufacturing method for manufacturing a crystal having a large diameter (a diameter of 200 mm or more).

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. Since the calcium fluoride (CaF 2 ) single crystal has a high light transmittance (that is, internal transmittance) in such a wavelength region among glass materials, optical elements such as lenses and diffraction gratings used in exposure optical systems. It is 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単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 a calcium fluoride single crystal used in an exposure apparatus.

フッ化カルシウム単結晶は、一般に、ブリッジマン・ストックバーガー法(「坩堝降下法」としても知られる)によって製造される。かかる方法は、結晶性物質の原料を坩堝内に充填し、溶融させた原料を収納した坩堝を降下させて冷却することによって結晶化する。なお、原料として化学合成で作られた高純度粉体原料を用いると、嵩比重の関係から目減りが激しくなるため、カレット状になったものを用いる提案がされている(例えば、特許文献1参照。)。   Calcium fluoride single crystals are generally produced by the Bridgman-Stockburger method (also known as the “crucible descent method”). In this method, the raw material of the crystalline substance is filled in the crucible, and the crucible containing the melted raw material is lowered and cooled to crystallize. When a high-purity powder raw material made by chemical synthesis is used as a raw material, the loss of weight becomes severe due to the relationship between bulk specific gravity, so a proposal has been made to use a cullet-like material (see, for example, Patent Document 1). .)

従来の結晶製造方法(即ち、上述した方法)によって製造した直径225mm、(1 1 1)の結晶面方位を有するフッ化カルシウム結晶に対して屈折率均質性を測定した結果を図14(a)に示す。なお、測定は、Zygo社 MarkIIIで行い、CCDにより取り込んだ測定ポイント数6231点におけるTilt成分及びPower成分のみを除去した値を図示している。表示レンジは、±200ppbであり、黒色部分は平均値からのずれがプラス側に大きい部分を、白色部分は平均値からのずれがマイナス側に大きい部分を表している。また、エッジの影響を除くため、有効径として外径の90%で算出した屈折率均質性は、RMS値(偏差の二乗平均平方根)で87.7ppb、PV値(最大屈折率と最小屈折率との差)で509.6ppbであった。   FIG. 14A shows the result of measuring the refractive index homogeneity for a calcium fluoride crystal having a diameter of 225 mm and a crystal plane orientation of (1 1 1) manufactured by a conventional crystal manufacturing method (that is, the above-described method). Shown in The measurement is performed with Mark III of Zygo, and the values obtained by removing only the Tilt component and the Power component at 6231 measurement points taken in by the CCD are shown. The display range is ± 200 ppb. The black portion represents a portion where the deviation from the average value is large on the plus side, and the white portion represents a portion where the deviation from the average value is large on the minus side. Moreover, the refractive index homogeneity calculated with 90% of the outer diameter as the effective diameter to eliminate the influence of the edge is 87.7 ppb in terms of RMS value (root mean square of deviation), PV value (maximum refractive index and minimum refractive index) The difference was 509.6 ppb.

一方、2.5mmピッチ、波長633nmのHe−Neレーザーによって複屈折率を測定すると、平均+2×標準偏差の値で1.14nm/cm(平均0.52、標準偏差0.31、測定ポイント数6365点)であった。   On the other hand, when the birefringence is measured with a He—Ne laser having a pitch of 2.5 mm and a wavelength of 633 nm, an average of + 2 × standard deviation is 1.14 nm / cm (average of 0.52, standard deviation of 0.31, number of measurement points) 6365 points).

フッ化カルシウムは、立方晶に属し、その結晶構造は蛍石型と呼ばれ、図14(a)に示すように、(1 1 1)の結晶面方位から見たときの結晶性には3回対称性を有する。かかる性質は、屈折率均質性分布において六角形として現れ(図14(a)参照)、結晶のすべりを表している。   Calcium fluoride belongs to a cubic crystal, and its crystal structure is called fluorite type. As shown in FIG. 14A, the crystallinity when viewed from the crystal plane orientation of (1 1 1) is 3 Has symmetric symmetry. Such a property appears as a hexagon in the refractive index homogeneity distribution (see FIG. 14A) and represents a slip of the crystal.

屈折率均質性分布に影響を与えるものとしては、例えば、転位の集積した部分であるサブバウンダリー(亜粒界)がある。比較的大きな結晶面方位傾斜を有する直径260mmのフッ化カルシウムを反射型X線トポグラフィーによって撮影した画像を図15に示す。図15を参照するに、従来の結晶製造方法で製造したフッ化カルシウムは、サブバウンダリーによって区画された複数のサブグレイン(亜結晶粒)構造で構成されていることがわかる。このような結晶は、領域Aと領域Bのように、大きく結晶面方位の変化する部分において屈折率均質性が著しく悪くなる。   For example, there is a subboundary (subgrain boundary) that is a portion where dislocations are accumulated, which affects the refractive index homogeneity distribution. The image which image | photographed the calcium fluoride with a diameter of 260 mm which has a comparatively big crystal plane orientation inclination by reflection type X-ray topography is shown in FIG. Referring to FIG. 15, it can be seen that calcium fluoride produced by a conventional crystal production method is composed of a plurality of subgrain (sub-crystal grain) structures partitioned by subboundaries. In such a crystal, the refractive index homogeneity is remarkably deteriorated in a portion where the crystal plane orientation greatly changes, such as the region A and the region B.

また、結晶中に含まれる不純物の濃度分布や残留応力も屈折率均質性に影響を与える。なお、屈折率均質性に注目した従来技術として、5ppm(即ち、5000ppb)以下の屈折率均質性、且つ、10nm/cm以下の複屈折率を有するフッ化カルシウム(例えば、特許文献2参照。)や、3ppm(即ち、3000ppb)以下の屈折率均質性、且つ、2nm/cm以下の複屈折率を有するフッ化カルシウム(例えば、特許文献3参照。)を露光光学系に用いる提案がされている。
特開平4−349199号公報 特開平8−5801号公報 特開平10−270351号公報
Further, the concentration distribution of impurities contained in the crystal and the residual stress also affect the refractive index homogeneity. In addition, as a prior art which paid attention to refractive index homogeneity, calcium fluoride having a refractive index homogeneity of 5 ppm (that is, 5000 ppb) or less and a birefringence of 10 nm / cm or less (see, for example, Patent Document 2). In addition, there has been a proposal of using calcium fluoride (for example, see Patent Document 3) having a refractive index homogeneity of 3 ppm (that is, 3000 ppb) or less and a birefringence of 2 nm / cm or less for an exposure optical system. .
JP-A-4-349199 JP-A-8-5801 Japanese Patent Laid-Open No. 10-270351

しかしながら、従来の結晶製造方法は、高品質な光学性能を有する結晶を製造することができなかった。即ち、本発明者が検討したところ、図14(a)に示すようなフッ化カルシウム結晶は、レンズ硝材として露光光学系に用いることができないことがわかった。具体的には、図14(a)に示すフッ化カルシウム結晶は、目的とする焼き付けパターン周辺の開口面積によってフレア率が変化し、遮光領域ではフレアが少なく、開口領域ではフレアが大きくなるため、同じパターンを焼き付けようとしても開口面積の大きいものではより線幅が細くなってしまう現象を生じてしまうからである。このような現象は、露光光学系に用いられるレンズの面形状精度によっても生じるが、基本的には、高次の波面収差に起因するものであるので、レンズ硝材として固有に有する屈折率均質性の高次成分を形状によって補正することは困難である。   However, the conventional crystal manufacturing method cannot manufacture a crystal having high quality optical performance. That is, as a result of examination by the present inventor, it has been found that the calcium fluoride crystal as shown in FIG. 14A cannot be used as the lens glass material in the exposure optical system. Specifically, in the calcium fluoride crystal shown in FIG. 14A, the flare ratio changes depending on the opening area around the intended baking pattern, and the flare is small in the light shielding region and the flare is large in the opening region. This is because even if an attempt is made to burn the same pattern, a phenomenon in which the line width becomes narrower occurs if the opening area is large. Such a phenomenon occurs depending on the surface shape accuracy of the lens used in the exposure optical system, but basically, it is caused by high-order wavefront aberration, so that the refractive index homogeneity inherent in the lens glass material is inherent. It is difficult to correct higher-order components of the shape by shape.

また、屈折率均質性の変化率に基づくフレアの発生は、単純に、屈折率均質性のPV値やRMS値を小さくしたり、結晶面方位を変えたり、また、結晶を切り出す際に工夫して屈折率均質性の分布対称性だけを抑えても解決することはできない。   The generation of flare based on the rate of change in refractive index homogeneity is simply devised when the PV value or RMS value of refractive index homogeneity is reduced, the crystal plane orientation is changed, or the crystal is cut out. Therefore, even if only the distribution symmetry of refractive index homogeneity is suppressed, it cannot be solved.

そこで、本発明は、上記問題点を解決し、レンズ硝材として露光装置光学系に用いて良好な光学性能を有するフッ化物単結晶と、このような屈折率均質性などの光学特性に優れた結晶を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。   Therefore, the present invention solves the above problems, and uses a fluoride single crystal having good optical performance as a lens glass material in an exposure apparatus optical system, and a crystal excellent in optical characteristics such as refractive index homogeneity. It is an exemplary object to provide a crystal manufacturing method capable of manufacturing a crystal.

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのフッ化物単結晶は、結晶性物質の原料を精製し、前記精製された結晶性物質を溶融した後に結晶性物質を成長させることによって製造されるフッ化物単結晶であって、サブバウンダリーによって区画された複数のサブグレインを有し、隣接する前記サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、前記サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fluoride single crystal according to one aspect of the present invention is manufactured by purifying a raw material of a crystalline material, melting the purified crystalline material, and then growing the crystalline material. A plurality of subgrains partitioned by subboundaries, the relative tilt angle of the crystal plane orientation of the adjacent subgrains being within 0.02 degrees, and the subgrains The maximum tilt angle of the crystal plane orientation is within 0.2 degrees.

本発明の別の側面としてのフッ化物単結晶は、結晶性物質の原料を精製し、前記精製された結晶性物質を溶融した後に結晶性物質を成長させることによって製造されるフッ化物単結晶であって、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であることを特徴とする。   The fluoride single crystal according to another aspect of the present invention is a fluoride single crystal produced by purifying a raw material of the crystalline material, melting the purified crystalline material, and then growing the crystalline material. The in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by Zernike polynomial approximation, and the residual RMS value obtained by subtracting the 1st to 36th term components is 20 ppb or less.

本発明の更に別の側面としての結晶製造方法は、坩堝が移動する空間には複数のヒーターが配置されるとともに、結晶融点を挟んで10℃/cm以下の温度勾配を形成するステップと、0.5mm/h以下の速度で前記坩堝を移動させることで溶融した前記原料の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結晶を、5℃/h以下の冷却速度で徐冷し室温に戻す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 crystal manufacturing method, wherein a plurality of heaters are disposed in a space in which a crucible moves, and a temperature gradient of 10 ° C./cm or less is formed across a crystal melting point; A step of growing the melted raw material crystal by moving the crucible at a speed of 5 mm / h or less, and a slow growth of the crystal grown in the growth step at a cooling rate of 5 ° C./h or less at room temperature. And a step of returning to step (1).

本発明の更に別の側面としての光学素子は、上述のフッ化物単結晶から製造されることを特徴とする。   An optical element as still another aspect of the present invention is manufactured from the above-described fluoride single crystal.

本発明の更に別の側面としての光学素子は、上述のフッ化物単結晶の結晶製造方法を用いて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 using the above-described crystal manufacturing method of a fluoride single crystal.

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 irradiates the object to be processed through the optical system including the optical element described above. Then, the object to be processed is exposed.

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、屈折率均質性などの光学特性に優れた結晶とその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 | crystallization excellent in optical characteristics, such as refractive index homogeneity, and its crystal manufacturing method 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フッ化物単結晶の特徴およびそ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。   Hereinafter, with reference to the attached drawings, characteristics of a fluoride single crystal as one aspect of the present invention and a method for producing the crystal will be described. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本発明者は、フッ化カルシウム結晶の屈折率均質性の変化率に基づくフレアの発生を鋭意検討した結果、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解したときの高次成分を、ある一定の値以下にしなければならないことを見出した。   As a result of earnestly examining the occurrence of flare based on the rate of change of the refractive index homogeneity of the calcium fluoride crystal, the present inventor has obtained a higher-order component when the in-plane distribution of the refractive index homogeneity is decomposed by the Zernike polynomial approximation, We found that it must be below a certain value.

図1(a)は、本発明の特徴を最もよく表す(1 1 1)の結晶面方位のフッ化カルシウム単結晶の屈折率均質性をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣分布を示す図である。図1(a)に示すフッ化カルシウムは、残渣RMS値が19.5ppbであり、結晶直径が225mm、有効径として外径の90%で算出した屈折率均質性がRMS値で36.1ppb、PV値で247.5ppbであった。   FIG. 1 (a) decomposes the refractive index homogeneity of a calcium fluoride single crystal having a crystal plane orientation of (1 1 1), which best represents the characteristics of the present invention, by Zernike polynomial approximation, and converts the 1st to 36th term components. It is a figure which shows the residue distribution deducted. The calcium fluoride shown in FIG. 1A has a residual RMS value of 19.5 ppb, a crystal diameter of 225 mm, and a refractive index homogeneity calculated by 90% of the outer diameter as an effective diameter is 36.1 ppb in RMS value. The PV value was 247.5 ppb.

一方、複屈折率は、波長633nmのHe−Neレーザーによって測定し、平均+2×標準偏差の値で0.85nm/cm(平均0.37、標準偏差0.24)であった。   On the other hand, the birefringence was measured with a He—Ne laser having a wavelength of 633 nm, and the average + 2 × standard deviation was 0.85 nm / cm (average 0.37, standard deviation 0.24).

ここで、図1(a)は、上述したように、屈折率均質性をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣分布を示しており、その詳細を以下に説明する。Zernike多項式Z_polyは、0≦ρ≦1、0≦θ≦2πとしたとき、以下の数式1及び2に示すように、複素関数を用いた数学的一般式で表される。   Here, FIG. 1A shows the residue distribution obtained by decomposing the refractive index homogeneity by Zernike polynomial approximation and subtracting the 1st to 36th term components as described above, and the details will be described below. . The Zernike polynomial Z_poly is represented by a mathematical general formula using a complex function as shown in the following formulas 1 and 2 when 0 ≦ ρ ≦ 1 and 0 ≦ θ ≦ 2π.

但し、Iは虚数単位、nは整数、mは−nからnまでの2ずつステップでのみ定義される整数である。また、実用的には、mが正のときcos、負のときsinとして、以下の数式3及び4に示すように表し、順に並べて番号で扱われる。 Here, I is an imaginary unit, n is an integer, and m is an integer defined only in two steps from -n to n. Also, practically, as m is positive, it is expressed as cos when it is positive, and as sin when it is negative, as shown in the following formulas 3 and 4, which are arranged in order and handled by numbers.

但し、光学分野では、それぞれの項に意味を持たせ、以下の表1に示すように、並べて表される。表1には、始めの36項を示す。 However, in the optical field, each term has a meaning and is represented side by side as shown in Table 1 below. Table 1 shows the first 36 terms.

Zernike多項式によって屈折率均質性を近似し、表1に示す36項以上の高次成分を以下ではZernike残渣と呼ぶことにする。図1(a)に示すフッ化カルシウム結晶では、上述したように、Zernike残渣が20ppb以下になっている。上限となる20ppbは、光学シミュレーションからフレア率を算出し、露光装置として許容できる上限として求めたものである。従って、20ppb以上のZernike残渣があるとフレア率が大きくなり、焼き付けるパターンによって線幅が大きく変化するという問題が生じる。   Refractive index homogeneity is approximated by a Zernike polynomial, and higher-order components of 36 terms or more shown in Table 1 are hereinafter referred to as Zernike residues. In the calcium fluoride crystal shown in FIG. 1A, the Zernike residue is 20 ppb or less as described above. The upper limit of 20 ppb is obtained by calculating the flare rate from the optical simulation and as an upper limit allowable for the exposure apparatus. Therefore, if there is a Zernike residue of 20 ppb or more, the flare rate increases, and there arises a problem that the line width varies greatly depending on the pattern to be baked.

一方、図14(a)に示す従来のフッ化カルシウム結晶の屈折率均質性は、図14(b)に示すように、Zernike残渣成分においても結晶のすべり面の影響を表している。図14(b)を参照するに、従来のフッ化カルシウム結晶のZernike残渣の値は、43.6ppbであり、このようなフッ化カルシウム結晶を露光光学系のレンズ硝材に使用した場合、フレアによる露光性能の劣化を回避することができない。   On the other hand, the refractive index homogeneity of the conventional calcium fluoride crystal shown in FIG. 14A represents the influence of the slip surface of the crystal even in the Zernike residue component, as shown in FIG. 14B. Referring to FIG. 14B, the value of the Zernike residue of the conventional calcium fluoride crystal is 43.6 ppb. When such a calcium fluoride crystal is used for the lens glass material of the exposure optical system, it depends on the flare. Deterioration of the exposure performance cannot be avoided.

ここで、Zernike残渣の小さいフッ化カルシウム単結晶の条件を述べる。Zernike残渣の小さいフッ化カルシウム単結晶は、個々の隣接するサブグレイン結晶面方位の相対傾斜角度が0.02度以内、且つ、結晶全体のサブグレイン結晶面方位の最大傾斜角度が0.2度以内である。本実施形態で明らかにした高次の波面収差を改善するには、結晶構造を規定する必要がある。   Here, conditions for a calcium fluoride single crystal having a small Zernike residue will be described. Calcium fluoride single crystal with small Zernike residue has a relative inclination angle of each adjacent subgrain crystal plane orientation within 0.02 degrees and a maximum inclination angle of the subgrain crystal plane orientation of the entire crystal is 0.2 degrees. Is within. In order to improve higher-order wavefront aberrations clarified in this embodiment, it is necessary to define the crystal structure.

直径30mmのフッ化カルシウム単結晶のX線トポグラフィー像を図2に示す。図2を参照するに、このフッ化カルシウム単結晶は、6つのサブグレイン構造により構成されていることがわかる。このような小口径のフッ化カルシウム単結晶では、各サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角度を容易に小さくすることができる。   An X-ray topographic image of a calcium fluoride single crystal having a diameter of 30 mm is shown in FIG. Referring to FIG. 2, it can be seen that this calcium fluoride single crystal is composed of six subgrain structures. In such a small-diameter calcium fluoride single crystal, the relative inclination angle of the crystal plane orientation of each subgrain can be easily reduced.

図2に示すフッ化カルシウム単結晶は、各サブグレインのロッキングカーブを測定することによって得られた撮影面内の全てのサブグレイン結晶面方位の相対傾斜角度が0.02度以内となっている。また、隣接しないサブグレインも含む面内全体の傾斜角のばらつきも0.2度以内となっている。   In the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 2, the relative inclination angles of all the subgrain crystal plane orientations in the imaging plane obtained by measuring the rocking curve of each subgrain are within 0.02 degrees. . In addition, the variation in the inclination angle of the entire plane including subgrains that are not adjacent to each other is also within 0.2 degrees.

しかし、大口径のフッ化カルシウム結晶となると、多くの領域では相対傾斜角のずれは非常に小さいが、図15に示すフッ化カルシウム結晶の領域Aと領域Bのように、比較的大きく相対傾斜角がずれている領域が部分的に存在する。従って、このような領域まで規定しなければ、露光光学系のレンズ硝材に適したフッ化カルシウム単結晶とはならない。勿論、領域Aと領域Bのような大きく相対傾斜角がずれている領域がまったくない結晶であれば申し分ないが、大口径のフッ化カルシウム単結晶でそれを実現することは非常に困難である。図15に示すフッ化カルシウム結晶の領域Aと領域Bとの相対傾斜角は0.27度であり、他の領域よりも大きくなっている。かかる値は、周りの領域に比べてかなり大きく、屈折率均質性のZernike残渣としてみたときに、この領域で値が大きくなり、露光光学系として適さない。   However, in the case of a large-diameter calcium fluoride crystal, the displacement of the relative tilt angle is very small in many regions, but the relative tilt is relatively large as in the regions A and B of the calcium fluoride crystal shown in FIG. There is a partial region where the corners are shifted. Therefore, unless such a region is defined, a calcium fluoride single crystal suitable for the lens glass material of the exposure optical system cannot be obtained. Of course, it is satisfactory if it is a crystal that does not have a region where the relative inclination angle is greatly shifted, such as region A and region B, but it is very difficult to realize it with a large-diameter calcium fluoride single crystal. . The relative inclination angle between the region A and the region B of the calcium fluoride crystal shown in FIG. 15 is 0.27 degrees, which is larger than the other regions. Such a value is considerably larger than the surrounding region, and when viewed as a Zernike residue having a refractive index homogeneity, the value becomes large in this region and is not suitable as an exposure optical system.

一方、図1(a)に示すフッ化カルシウム単結晶は、従来のフッ化カルシウム単結晶(図15)と比較して、図1(b)にX線トポグラフィー像を示すように、大きくコントラストのある領域が認められない。図1(a)に示すフッ化カルシウム単結晶は、サブグレイン構造の相対傾斜角度がどの領域においても0.02度以内、且つ、最大傾斜角も0.2度以内となっており、Zernike残渣にその影響は見られない。換言すれば、Zernike残渣に影響を与えない傾斜角は、サブグレインの存在に起因する部分的なものとしてサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内であり、格子面の湾曲等による全体的なものとしてサブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内である。このようなフッ化カルシウム単結晶を露光光学系のレンズ硝材として選定することにより、フレアの影響のない露光性能を保証することができる。   On the other hand, the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 1 (a) has a large contrast as compared with the conventional calcium fluoride single crystal (FIG. 15), as shown in FIG. 1 (b). Some areas are not recognized. In the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 1 (a), the relative tilt angle of the subgrain structure is within 0.02 degrees and the maximum tilt angle is within 0.2 degrees in any region, and the Zernike residue The effect is not seen. In other words, the tilt angle that does not affect the Zernike residue is a partial tilt due to the presence of the subgrain, and the relative tilt angle of the crystal plane orientation of the subgrain is within 0.02 degrees, and the curvature of the lattice plane As a whole, the maximum inclination angle of the crystal plane orientation of the subgrain is within 0.2 degrees. By selecting such a calcium fluoride single crystal as the lens glass material of the exposure optical system, it is possible to guarantee exposure performance free from flare.

なお、上述のサブグレイン構造の定義には、反射型X線トポグラフィーの画像を用いた。X線トポグラフィーとは、結晶面で回折が起こる条件でX線を入射させて、その回折強度を2次元的に記録することによって像を取得する方法である。サブグレインのように構造単位で結晶面方位が傾斜していると、回折条件が変わるため、図1(b)に示すように、濃淡のある画像が得られるのである。   In addition, the reflection X-ray topography image was used for the definition of the above-mentioned subgrain structure. X-ray topography is a method of acquiring an image by making X-rays incident under the condition that diffraction occurs on a crystal plane and recording the diffraction intensity two-dimensionally. When the crystal plane orientation is inclined in a structural unit such as a subgrain, the diffraction conditions change, and as shown in FIG. 1 (b), a shaded image is obtained.

なお、Barggの回折条件を利用しているため、結晶中に存在する歪に起因する結晶格子の伸び縮みの影響も受けるが、後述する検討によってZernike残渣が20ppb以下となるものをX線トポグラフィーの画像として規定することができることを見出した。即ち、結晶面方位として(1 1 1)面が出ているフッ化カルシウム結晶については、(4 4 0)面での測定を行った。X線源としては、CuターゲットKα線(波長0.15405nm)を用い、得られたX線トポグラフィーの画像における各サブグレインの結晶面方位をロッキングカーブにより測定する。これにより、サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角を正確に定義することができる。また、結晶全体のサブグレイン結晶面方位の最大傾斜角は、X線トポグラフィーの画像における濃淡の最も濃い領域と薄い領域のロッキングカーブにより測定された結晶面方位を比較すればよい。   In addition, since the diffraction condition of Bargg is used, it is affected by the expansion and contraction of the crystal lattice due to the strain existing in the crystal. However, the X-ray topography in which the Zernike residue is 20 ppb or less by the examination described later. It was found that it can be defined as an image. That is, for the calcium fluoride crystal in which the (1 1 1) plane appears as the crystal plane orientation, measurement was performed on the (4 4 0) plane. A Cu target Kα ray (wavelength 0.15405 nm) is used as the X-ray source, and the crystal plane orientation of each subgrain in the obtained X-ray topography image is measured by a rocking curve. Thereby, the relative inclination angle of the crystal plane orientation of the subgrain can be accurately defined. The maximum tilt angle of the subgrain crystal plane orientation of the entire crystal may be compared with the crystal plane orientation measured by the rocking curve of the darkest and lightest regions in the X-ray topography image.

本実施形態に用いた装置で測定できるロッキングカーブ角度分解能は、0.0002度である。しかし、結晶全体のサブグレイン構造の画像を見ると、フルスケール±0.5度を256階調のモノクロ画像として表示させた場合、0.004度程度となる。なお、横分解能は、0.05mm(50μm)である。このような分解能で結晶を評価することによって、全てのサブグレインのロッキングカーブを測定することなく、X線トポグラフィーの画像の濃淡から角度規定をするために十分な分解能を有し、大口径のフッ化カルシウムの特徴を規定することができる。   The rocking curve angle resolution that can be measured by the apparatus used in this embodiment is 0.0002 degrees. However, looking at the image of the subgrain structure of the entire crystal, when the full scale ± 0.5 degree is displayed as a monochrome image of 256 gradations, it is about 0.004 degree. The lateral resolution is 0.05 mm (50 μm). By evaluating the crystal with such a resolution, it has sufficient resolution to define the angle from the density of the X-ray topography image without measuring the rocking curve of all subgrains, and has a large aperture. The characteristics of calcium fluoride can be defined.

サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角とZernike残渣との関係について説明する。図3は、比較的大きなサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角を有する(1 1 1)面方位のフッ化カルシウム単結晶のX線トポグラフィー画像を示す図である。図4は、図3に示すフッ化カルシウム単結晶の結晶面方位を多数の測定ポイントで測定した結果を示すグラフである。横軸は単位mmの直径方向位置、縦軸は単位度で測定されたサブグレイン結晶面方位の(1 1 1)面方位からのずれを表す。   The relationship between the relative tilt angle of the crystal plane orientation of subgrains and the Zernike residue will be described. FIG. 3 is a diagram showing an X-ray topographic image of a (1 1 1) -oriented calcium fluoride single crystal having a relatively large subgrain crystal plane orientation relative tilt angle. FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the crystal plane orientation of the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 3 at a number of measurement points. The horizontal axis represents the position in the diameter direction of unit mm, and the vertical axis represents the deviation of the subgrain crystal plane orientation measured in unit degrees from the (1 1 1) plane orientation.

フッ化カルシウム単結晶が結晶面方位のばらつきを有するために、図3に示すように、X線トポ画像としては細かな濃淡差が大きく、また、図4に示すように、結晶面方位をプロットしたグラフは凸凹したものとなる。図4に示すフッ化カルシウム単結晶は、隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.05度、且つ、最大傾斜角も0.3度以上である。実際に、Zernike残渣を測定してみると28.0ppbであった。   Since the calcium fluoride single crystal has a variation in crystal plane orientation, as shown in FIG. 3, there is a large difference in light and shade as an X-ray topographic image, and the crystal plane orientation is plotted as shown in FIG. The graph is uneven. The calcium fluoride single crystal shown in FIG. 4 has a relative inclination angle of the crystal plane orientation of adjacent subgrains of 0.05 degrees and a maximum inclination angle of 0.3 degrees or more. Actually, when Zernike residue was measured, it was 28.0 ppb.

図5は、結晶格子面が湾曲し、大きなサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角を有する(1 1 1)面方位のフッ化カルシウム単結晶のX線トポグラフィー画像を示す図である。図6は、図5に示すフッ化カルシウム単結晶の結晶面方位を多数の測定ポイントで測定した結果を示すグラフである。横軸は単位mmの直径方向位置、縦軸は単位度で測定されたサブグレイン結晶面方位の(1 1 1)面方位からのずれを表す。図6に示すように、プロット点の最小自乗近似線を示すと略単調な変化となり、この結晶の格子面が湾曲していることがわかる。   FIG. 5 is a view showing an X-ray topographic image of a calcium fluoride single crystal having a (1 1 1) plane orientation with a curved crystal lattice plane and a relative tilt angle of a large subgrain crystal plane orientation. FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the crystal plane orientation of the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 5 at a number of measurement points. The horizontal axis represents the position in the diameter direction of unit mm, and the vertical axis represents the deviation of the subgrain crystal plane orientation measured in unit degrees from the (1 1 1) plane orientation. As shown in FIG. 6, when the least square approximation line of the plot points is shown, it becomes a substantially monotonous change, and it can be seen that the lattice plane of this crystal is curved.

図5及び図6を参照するに、放射状のサブグレイン構造が観察され、隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角は0.5度以上、且つ、最大傾斜角も1.5度以上あることがわかる。図5に示すように、X線トポグラフィーの画像として白く抜けてしまっているのは、あまりに角度差が大きく、X線の回折条件を満たさなくなったためである。実際に、Zernike残渣を測定してみると36.0ppbであった。   Referring to FIGS. 5 and 6, a radial subgrain structure is observed, the relative tilt angle of the crystal plane orientation of adjacent subgrains is 0.5 degrees or more, and the maximum tilt angle is 1.5 degrees or more. I understand that. As shown in FIG. 5, the X-ray topography image is missing white because the angle difference is too large to satisfy the X-ray diffraction conditions. Actually, when the Zernike residue was measured, it was 36.0 ppb.

以上2つの例で説明したようにZernike残渣と、サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角および最大傾斜角は相関を持ち、Zernike残渣20ppbを満足するようなサブグレインとは、サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内であり、格子面の湾曲等による全体的なものとしてサブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内である。   As described in the above two examples, the Zernike residue, the relative inclination angle and the maximum inclination angle of the crystal plane orientation of the subgrain have a correlation, and the subgrain satisfying the Zernike residue of 20 ppb is the crystal plane of the subgrain. The relative tilt angle of the orientation is within 0.02 degrees, and the maximum tilt angle of the crystal plane orientation of the subgrains is within 0.2 degrees as a whole due to the curvature of the lattice plane.

また、図7に示すように、個々の隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角は小さくても、非常に微細なサブグレイン構造を有するフッ化カルシウム単結晶も存在するため、本実施形態のように、サブグレイン構造を全面計測し、個々のサブグレイン結晶面方位の相対傾斜角と、露光光学系のレンズ硝材として用いる有効径内のサブグレイン結晶面方位の最大傾斜角を規定しなければ露光性能を保証するものとはなりえない。ここで、図7は、微細なサブグレイン構造を有するフッ化カルシウム単結晶のX線トポグラフィーの画像を示す図である。   Further, as shown in FIG. 7, there is a calcium fluoride single crystal having a very fine subgrain structure even if the relative inclination angle of the crystal plane orientation of each adjacent subgrain is small. As shown above, the entire subgrain structure must be measured and the relative tilt angle of each subgrain crystal plane orientation and the maximum tilt angle of the subgrain crystal plane orientation within the effective diameter used as the lens glass material for the exposure optical system must be specified. Therefore, the exposure performance cannot be guaranteed. Here, FIG. 7 is a diagram showing an X-ray topography image of a calcium fluoride single crystal having a fine subgrain structure.

本発明で対象とする高次の波面収差成分であるZernike残渣は、フッ化物(フッ化カルシウム)単結晶内部の応力状態でも影響を受ける。しかし、フッ化物単結晶内部の応力を直接測定することは非常に困難である。但し、フッ化物単結晶は、固有の圧光学係数を有し、応力との積により複屈折率が一義的に決定するため、これにより応力状態を規定すればよい。屈折率均質性も複屈折率分布も厚みのある結晶を透過によって評価するため、ミクロな部分では定量的相関をつかむことは困難であるが、複屈折の変化率が大きなところでは、屈折率変化の高次成分であるZernike残渣が大きくなる傾向がある。結晶内部の残留応力としてZernike残渣を20ppb以下にするためには、複屈折率の面内分布の標準偏差が0.3nm/cm以下である必要がある。   The Zernike residue, which is a higher-order wavefront aberration component targeted in the present invention, is also affected by the stress state inside the fluoride (calcium fluoride) single crystal. However, it is very difficult to directly measure the stress inside the fluoride single crystal. However, the fluoride single crystal has a unique piezoelectric optical coefficient, and the birefringence is uniquely determined by the product with the stress. Since both refractive index homogeneity and birefringence distribution are evaluated by transmission through thick crystals, it is difficult to obtain a quantitative correlation at the microscopic level, but when the rate of change in birefringence is large, the refractive index changes. Zernike residue, which is a higher-order component, tends to be larger. In order to reduce the Zernike residue to 20 ppb or less as the residual stress inside the crystal, the standard deviation of the in-plane distribution of birefringence needs to be 0.3 nm / cm or less.

更に、不純物の除去を目的に加えた有機フッ化物や金属フッ化物であるスカベンジャーが結晶成長後も結晶中に残存していると、屈折率分布を有するようになる。残存するスカベンジャーとしては亜鉛(Zn)や鉛(Pb)が考えられ、本発明者の検討によれば、残存量が1ppm以下、且つ、十分な攪拌プロセスを行えばZernike残渣に影響を行えばZernike残渣に影響を及ぼすことなく、また、十分な透過率を確保して露光光学系のレンズ硝材として用いることが可能である。   Further, when a scavenger, which is an organic fluoride or metal fluoride added for the purpose of removing impurities, remains in the crystal after crystal growth, it has a refractive index distribution. As the remaining scavenger, zinc (Zn) or lead (Pb) can be considered. According to the study of the present inventor, the residual amount is 1 ppm or less, and if the Zernike residue is affected if a sufficient stirring process is performed, the Zernike It is possible to use as a lens glass material of an exposure optical system without affecting the residue and securing a sufficient transmittance.

なお、本実施形態では、結晶面方位として、劈開による種結晶の作製が容易であり、それをもとに結晶面方位を決めて結晶成長させた(1 1 1)面を例に説明した。但し、(1 0 0)面で種結晶を切り出して結晶成長させた(1 0 0)面を有するフッ化物単結晶についても屈折率均質性の変化率に起因するフレアの発生を抑えるために本発明の規定が有効であることは言うまでもない。露光光学系内には、その特性から複屈折率の小さい(1 1 1)の結晶面方位を有する結晶が通常使用されるが、収差補正等のため(1 0 0)の結晶面方位を有する結晶も使用されることがある。この場合(1 1 1)の結晶面方位を有する結晶と共に、(1 0 0)の結晶面方位を有する結晶も同軸上に配置されるため、高次波面収差に対する本発明の規定が同様に有効となる。   In the present embodiment, as a crystal plane orientation, it is easy to produce a seed crystal by cleavage, and the (1 1 1) plane in which the crystal plane orientation is determined based on the crystal plane orientation is described as an example. However, a fluoride single crystal having a (1 0 0) plane obtained by cutting a seed crystal on the (1 0 0) plane and growing the crystal is also used to suppress the occurrence of flare due to the rate of change in refractive index homogeneity. It goes without saying that the provisions of the invention are valid. In the exposure optical system, a crystal having a crystal plane orientation of (1 1 1) having a small birefringence is usually used because of its characteristics, but has a crystal plane orientation of (1 0 0) for aberration correction or the like. Crystals may also be used. In this case, since the crystal having the crystal plane orientation of (1 1 1) and the crystal having the crystal plane orientation of (1 0 0) are also arranged on the same axis, the provisions of the present invention for high-order wavefront aberration are also effective. It becomes.

真空紫外域から遠紫外域までの短波長域の露光光学系に使用可能なフッ化単物結晶には、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム等があるが、その中で露光光学系のレンズ硝材に適したものは立方晶系結晶であり、常温で安定なフッ化カルシウム、フッ化バリウムである。フッ化マグネシウムのよう正方晶系結晶であると方位による屈折率差が大きく、フッ化リチウムのように潮解性があるとレンズ硝材として使用しにくい。従って、本発明を露光装置に適用する上で好適なフッ化物は、フッ化カルシウム、フッ化バリウムとなる。   Fluoride single crystals that can be used in short-wavelength exposure optical systems from the vacuum ultraviolet region to the far ultraviolet region include calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, and lithium fluoride. Suitable for the lens glass material of the exposure optical system is a cubic crystal, which is calcium fluoride or barium fluoride which is stable at room temperature. A tetragonal crystal such as magnesium fluoride has a large difference in refractive index depending on the orientation, and if it is deliquescent like lithium fluoride, it is difficult to use as a lens glass material. Accordingly, preferred fluorides for applying the present invention to the exposure apparatus are calcium fluoride and barium fluoride.

以下、上述した大口径(口径200mm以上)のフッ化カルシウム(即ち、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であるフッ化カルシウムや隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であるフッ化カルシウム)を製造する結晶製造方法及び装置について説明する。図8は、本発明の一側面としての結晶製造方法1000を説明するためのフローチャートである。   Hereinafter, the above-described calcium fluoride having a large diameter (200 mm or more) (that is, the in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by the Zernike polynomial approximation, and the residual RMS value obtained by subtracting the 1st to 36th term components is 20 ppb or less. (Calcium fluoride whose relative tilt angle of crystal plane orientation of a certain calcium fluoride or adjacent subgrain is within 0.02 degrees and whose maximum tilt angle of subgrain crystal plane orientation is within 0.2 degrees) A crystal manufacturing method and apparatus will be described. FIG. 8 is a flowchart for explaining a crystal manufacturing method 1000 according to one aspect of the present invention.

結晶製造方法1000は、一定の温度環境の炉内に収納された坩堝を下方向に移動して結晶化を行う。なお、結晶製造方法1000は、口径が200mm以上のフッ化カルシウム単結晶の製造に限るものではない。   In the crystal manufacturing method 1000, crystallization is performed by moving a crucible housed in a furnace having a constant temperature environment downward. The crystal manufacturing method 1000 is not limited to the manufacture of a calcium fluoride single crystal having a diameter of 200 mm or more.

図8を参照するに、まず、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内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。   Referring to FIG. 8, first, a calcium fluoride raw material and a 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、蒸発し易いものが望ましい。例えば、フッ化亜鉛(ZnF)スカベンジャーは、以下の化学式1に示すように、フッ化カルシウム(CaF)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2に示すように、フッ化カルシウム(CaF)に還元する。 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 fluoride to be grown and that are easily decomposed and evaporated are desirable. . For example, a zinc fluoride (ZnF 2 ) scavenger, as shown in the following chemical formula 1, shows calcium oxide (CaO) generated due to the presence of moisture with respect to calcium fluoride (CaF 2 ) as shown in the following chemical formula 2. Thus, it is reduced to calcium fluoride (CaF 2 ).

こうして得られたフッ化カルシウムの原料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。   The mixture of the calcium fluoride raw material and scavenger thus obtained 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.

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がなされる(ステップ1300)。結晶成長工程は、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。ここで、図9を用いて、結晶成長工程について詳細に説明する。図9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。   Next, a single crystal growth process is performed on the purified calcium fluoride crystals (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). Here, the crystal growth process will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 is a detailed flowchart of the crystal growth process in step 1300.

図9を参照するに、まず、ステップ1200で精製されたフッ化カルシウムを坩堝に収納し、溶融する(ステップ1310)。次いで、フッ化カルシウムを溶融した状態で十分長い時間保持する(ステップ1320)。スカベンジャーは、フッ化カルシウムに含まれる不純物である酸化カルシウム(CaO)と反応してフッ化カルシウム(CaF)に還元し、自らは酸化物としてフッ化カルシウムの溶融時に除去される。このとき、スカベンジャーがフッ化鉛(PbF)であれば酸化鉛(PbO)が、また、フッ化亜鉛(ZnF)であれば酸化亜鉛(ZnO)がフッ化カルシウムを溶融した状態で保持している間に除去されるが、十分な時間がない場合には結晶中に残存してしまう。結晶製造工程において、時間は短い方が好ましいため、最適な時間を設定することが必要となる。このためには、結晶製造装置の応答性を把握し、かかる装置の時定数に不純物を除去するための時間を加味することが必須となる。本実施形態の口径200mm以上のフッ化カルシウム製造においては、坩堝の位置や坩堝に収納される原料の量で若干異なるが、坩堝温度の時定数が3時間乃至6時間であり、安定化時間として10時間、更に、不純物の除去時間として30時間以上の合計40時間以上が必要となる。換言すれば、フッ化カルシウムを溶融した状態で40時間以上保持すればよい。なお、坩堝の大きさ(直径及び深さ)が大きくなるにつれて、時間を長く設定して十分な不純物の除去時間を与える必要があることは言うまでもない。これにより、安定した温度環境にすることができる。 Referring to FIG. 9, first, the calcium fluoride purified in step 1200 is stored in a crucible and melted (step 1310). Next, the calcium fluoride is held in a molten state for a sufficiently long time (step 1320). The scavenger reacts with calcium oxide (CaO), which is an impurity contained in calcium fluoride, to be reduced to calcium fluoride (CaF 2 ), and is itself removed as an oxide when calcium fluoride is melted. At this time, if the scavenger is lead fluoride (PbF 2 ), lead oxide (PbO) is held, and if the scavenger is zinc fluoride (ZnF 2 ), zinc oxide (ZnO) holds calcium fluoride in a molten state. However, it remains in the crystal if there is not enough time. In the crystal manufacturing process, it is preferable that the time is short, and therefore it is necessary to set an optimal time. For this purpose, it is indispensable to grasp the responsiveness of the crystal manufacturing apparatus and to add time for removing impurities to the time constant of the apparatus. In the production of calcium fluoride having a diameter of 200 mm or more according to the present embodiment, the time constant of the crucible temperature is 3 hours to 6 hours, although it varies slightly depending on the position of the crucible and the amount of raw material stored in the crucible. 10 hours and a total of 40 hours or more of 30 hours or more are required as the impurity removal time. In other words, what is necessary is just to hold | maintain for 40 hours or more in the state which melted calcium fluoride. Needless to say, as the size (diameter and depth) of the crucible increases, it is necessary to set a longer time to give a sufficient impurity removal time. Thereby, it can be set as the stable temperature environment.

フッ化カルシウムを溶融した状態で保持した後、坩堝が移動する空間(成長炉)に温度勾配を形成する(ステップ1330)。本発明の結晶製造方法1000は、上述したように、一定の温度環境の炉内に収納された坩堝を下方向に移動して結晶化を行う。かかる方法の特徴は、融点をはさんで温度勾配を設けた炉内を、結晶性物質の原料を収納した坩堝を移動させることにより単結晶を製造することである。本実施形態では、後述する温度勾配を小さく設定する。温度勾配は、自然核発生による急激な多結晶化による成長を防止するために、一般に、15℃/cm以上に設定するが、本実施形態では、10℃/cm以下に設定する。但し、これに伴い、結晶成長プロセスは、自然核発生等の外乱に弱くなる。そこで、成長炉に±1℃に温度を調節された冷却水を循環させて外気の影響を最小化することが必要である。   After holding calcium fluoride in a molten state, a temperature gradient is formed in the space (growth furnace) in which the crucible moves (step 1330). As described above, the crystal manufacturing method 1000 of the present invention performs crystallization by moving a crucible housed in a furnace having a constant temperature environment downward. This method is characterized in that a single crystal is produced by moving a crucible containing a raw material of a crystalline substance through a furnace having a temperature gradient across the melting point. In this embodiment, the temperature gradient described later is set small. The temperature gradient is generally set to 15 ° C./cm or more in order to prevent growth due to rapid polycrystallization due to the generation of natural nuclei, but in this embodiment, it is set to 10 ° C./cm or less. However, along with this, the crystal growth process becomes vulnerable to disturbances such as the generation of natural nuclei. Therefore, it is necessary to circulate cooling water whose temperature is adjusted to ± 1 ° C. in the growth furnace to minimize the influence of outside air.

温度勾配を形成した後、徐々に坩堝を引き下げて溶融したフッ化カルシウムを徐冷して単結晶を成長させる(ステップ1340)。本実施形態では、坩堝を引き下げる速度を0.5mm/h以下とする。高品質な単結晶を成長させるには、坩堝を引き下げる速度は遅い方がよく、口径200mmの単結晶を安定的に得るためには、2mm/h程度で十分である。しかし、成長炉内の温度は、下方に行くに従って低温となっているため、坩堝を引き下げる速度が速いと結晶成長後の固化した部分に大きな熱応力が付加され、応力緩和のための転位が発生する。かかる転位が集積することによりサブグレイン構造が形成されるため、引き下げ速度を十分に遅くすることが必要である。このような理由から、生産性を無視すれば坩堝の引き下げ速度は遅いほど結晶性に対しては良いが、実際には最低限どこまで坩堝の引き下げ速度を遅くすればよいのかが重要となる。本発明者の検討によれば、結晶成長時に5℃乃至10℃/cmの温度勾配を形成した場合、坩堝の引き下げ速度を0.5mm/h以下にすることが必要であった。坩堝の引き下げ速度を速くすると、隣接するサブグレイン構造の結晶面方位の相対傾斜角が大きくなることが頻発すると共に、成長後の結晶に付加される熱応力が大きくなることからすべりが発生したり、複屈折率が大きくなったりしてしまう。   After forming the temperature gradient, the crucible is gradually pulled down and the molten calcium fluoride is gradually cooled to grow a single crystal (step 1340). In the present embodiment, the speed at which the crucible is pulled down is set to 0.5 mm / h or less. In order to grow a high-quality single crystal, it is better that the crucible is pulled down slowly, and about 2 mm / h is sufficient to stably obtain a single crystal having a diameter of 200 mm. However, since the temperature inside the growth furnace becomes lower as it goes downward, if the crucible pulling speed is high, a large thermal stress is applied to the solidified portion after crystal growth, causing dislocation for stress relaxation. To do. Since such a dislocation accumulates to form a subgrain structure, it is necessary to sufficiently reduce the pulling-down speed. For this reason, if productivity is ignored, the lower the crucible pulling speed, the better the crystallinity. However, in practice, it is important to determine the minimum crucible pulling speed. According to the study of the present inventor, when a temperature gradient of 5 ° C. to 10 ° C./cm was formed during crystal growth, it was necessary to set the crucible pulling speed to 0.5 mm / h or less. When the crucible pulling speed is increased, the relative tilt angle of the crystal plane orientation of the adjacent subgrain structure frequently increases, and the thermal stress applied to the grown crystal increases, resulting in slipping. The birefringence increases.

次に、成長させた単結晶を徐冷する(ステップ1350)。本実施形態では、結晶成長後の徐冷速度を小さくする。結晶成長において温度勾配は必要であるが、結晶成長後に温度勾配が存在すると熱応力となって転位の発生要因となる。転位が多数連なることによりサブバウンダリーが形成されるため、結晶成長後の徐冷速度のコントロールは重要である。結晶成長後の融点付近温度から室温まで冷却するのに20時間程度かければクラックが入るほどの熱応力はかからず結晶を徐冷することが可能であるが、それだけでは結晶の品質が劣化してしまう。本発明者の検討によれば、結晶の品質を劣化させることなく徐冷するためには、5℃/h以下の冷却速度で冷却することが必要であった。これにより、結晶成長直後での複屈折率の平均値及び徐冷時の温度ムラに起因する複屈折率の標準偏差の値も小さくすることができる。   Next, the grown single crystal is gradually cooled (step 1350). In this embodiment, the slow cooling rate after crystal growth is reduced. Although a temperature gradient is necessary for crystal growth, if a temperature gradient exists after crystal growth, it becomes thermal stress and becomes a cause of dislocations. Since a subboundary is formed by a large number of dislocations, control of the slow cooling rate after crystal growth is important. If it takes about 20 hours to cool from the temperature near the melting point after crystal growth to room temperature, it is possible to gradually cool the crystal without applying thermal stress enough to cause cracks, but that alone deteriorates the quality of the crystal. End up. According to the study of the present inventor, it was necessary to cool at a cooling rate of 5 ° C./h or less in order to perform slow cooling without deteriorating the quality of the crystal. As a result, the average value of the birefringence immediately after crystal growth and the standard deviation value of the birefringence caused by temperature unevenness during slow cooling can also be reduced.

ステップ1310乃至ステップ1350のような結晶成長工程(ステップ1300)を行うことにより、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であるフッ化カルシウムや隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であるフッ化カルシウムを製造することができる。   By performing the crystal growth process (step 1300) as in steps 1310 to 1350, the in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by Zernike polynomial approximation, and the residual RMS value obtained by subtracting the 1st to 36th term components is 20 ppb. Calcium fluoride or calcium fluoride having a relative tilt angle of crystal plane orientation of adjacent subgrains of 0.02 degrees or less and a maximum tilt angle of subgrain crystal plane orientation of 0.2 degrees or less. Can be manufactured.

続いて、結晶成長したフッ化カルシウムを熱処理(アニール工程)する(ステップ1400)。アニール工程は、成長したフッ化カルシウムを熱処理し、結晶の割れを引き起こす歪みを除去する工程である。アニール工程では、坩堝を約1000℃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結晶の歪みを除去する。均熱加熱時間は、20時間以上、より好ましくは、約40時間乃至約80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、歪みがなくなった状態を維持しながらフッ化カルシウム結晶の温度を室温に戻す。   Subsequently, the crystal-grown calcium fluoride is heat-treated (annealing process) (step 1400). The annealing step is a step of heat-treating the grown calcium fluoride to remove strain that causes crystal cracking. In the annealing step, the crucible is heated uniformly to about 1000 ° C. to about 1300 ° C. to remove the distortion of the calcium fluoride crystal while it remains solid. The soaking time is 20 hours or more, more preferably about 40 hours to about 80 hours. In the annealing step, crystal dislocations are reduced through annealing. Thereafter, the temperature of the calcium fluoride crystal is returned to room temperature while maintaining the state in which distortion is eliminated.

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1500)。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、屈折率均質性や内部透過率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 1500). 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 refractive index homogeneity and internal transmittance, the optical performance is improved as compared with the conventional optical element.

こうして得られた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。 By combining various optical elements thus obtained, a projection optical system and an 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.

図10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、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10に示すように、坩堝110と、支持部材120と、ヒーター130と、熱電対140と、断熱部材150と、筐体160とを有する。   FIG. 10 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 in the crucible 110 and then cools the raw material ID to grow crystals. As shown in FIG. 10, the crystal manufacturing apparatus 100 includes a crucible 110, a support member 120, a heater 130, a thermocouple 140, a heat insulating member 150, and a housing 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、略円筒形の断熱部材150及び筐体160によって画定された成長炉CGFに収納され、坩堝110の円筒面の周囲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排気する排気装置EM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 heat insulating member 150 and a housing 160, and the cylindrical surface of the crucible 110 is Heated by a heater 130 arranged along the periphery. The crystal manufacturing apparatus 100 also includes an exhaust device EM that exhausts the growth furnace CGF to a reduced pressure or vacuum environment.

坩堝110は、原料IDの蒸発を防止する開閉自在の蓋118を有し、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に収納される原料IDの大きさ(直径)は、坩堝110の大きさ(直径)の0.9乃至0.95倍となるように、即ち、精製された原料IDの大きさ(直径)と坩堝110の大きさ(内径)との比が、1:1.05乃至1:1.1とすることが好ましい。これにより、精製した原料IDを粉砕することなく、坩堝110に収納することができる。また、粉砕した原料に比べて表面積を著しく小さくすることが可能となり、原料IDの表面に付着した水分の混入を小さくすることができる。従って、結晶成長工程において原料IDに添加するスカベンジャーの添加量を低減することができ、スカベンジャーの残留を小さくすることができる。   The crucible 110 has an openable / closable lid 118 that prevents evaporation of the raw material ID, and stores the raw material ID of the crystalline substance (calcium fluoride in this embodiment). The size (diameter) of the raw material ID stored in the crucible 110 is 0.9 to 0.95 times the size (diameter) of the crucible 110, that is, the size (diameter) of the purified raw material ID. ) And the size (inner diameter) of the crucible 110 is preferably 1: 1.05 to 1: 1.1. Thereby, the refined raw material ID can be stored in the crucible 110 without being crushed. Further, the surface area can be remarkably reduced as compared with the pulverized raw material, and the mixing of water adhering to the surface of the raw material ID can be reduced. Therefore, the amount of scavenger added to the raw material ID in the crystal growth step can be reduced, and the residual scavenger can be reduced.

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(液体部)ID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は、その熱伝導度が成長させる結晶の熱伝導度と同程度、特に、1/2倍乃至2倍程度が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140の作る温度分布が原料ID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 melts, retains, and grows the crystalline material raw material ID, so that it does not react with the melt (liquid part) ID a and has a low impurity content such as carbon, platinum, quartz glass, boron nitride. And the like. In addition, the crucible 110 preferably has a thermal conductivity that is about the same as that 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 140 is not reflected in the raw material ID 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114を下部112に有する。収納部114は、後述するコニカル部116が坩堝110の内部に連なるように形成される。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、下部112の収納部114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 part 114 for storing the seed crystal SC in the lower part 112. The storage portion 114 is formed such that a conical portion 116 described later is connected to the inside of the crucible 110. 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 114 of the lower portion 112 and is arranged at the center of the growth reactor CGF.

坩堝110は、結晶成長が開始する下部112に下に凸の円錐形状のコニカル部116を有する。なお、コニカル部116は、原料IDを収納する内面の形状が円錐形状であることが重要であり、坩堝110の下部112の外面形状が必ずしも円錐形状である必要はない。坩堝110の下部112の外面形状は、熱の輻射空間に影響しない形状、例えば、円筒形状等であっても構わない。コニカル部116は、本実施形態では、120度以下、より好ましくは、60度以上90度以下の円錐角度AG(円錐頂点の角度)を有する。これは、結晶は、種結晶SCから坩堝110の内面に沿って成長するが、コニカル部116の円錐角度AGが大きいと結晶の固化時の潜熱が急激に増大するため安定的に潜熱を排除することができなくなり、坩堝110を引き下げる速度に比例した安定的な結晶成長を行うことができなくなるからである。一方、コニカル部116の円錐角度AGが小さいと口径の大きい部分に到達するまでの坩堝110の引き下げ時間が大きくかかり、大口径の結晶の製造にとって不利となる。また、サブグレイン構造に対しても円錐角度AGは重要であり、円錐角度AGを小さくすることにより結晶成長時の応力が緩和され、微細な構造になることを防ぐことができる。   The crucible 110 has a conical portion 116 having a convex conical shape at the bottom 112 where crystal growth starts. It is important that the conical portion 116 has a conical shape on the inner surface for storing the raw material ID, and the outer surface shape of the lower portion 112 of the crucible 110 does not necessarily have a conical shape. The outer surface shape of the lower portion 112 of the crucible 110 may be a shape that does not affect the heat radiation space, such as a cylindrical shape. In the present embodiment, the conical portion 116 has a cone angle AG (angle of cone apex) of 120 degrees or less, more preferably 60 degrees or more and 90 degrees or less. This is because the crystal grows from the seed crystal SC along the inner surface of the crucible 110, but if the cone angle AG of the conical portion 116 is large, the latent heat at the time of solidification of the crystal rapidly increases, so that the latent heat is stably excluded. This is because stable crystal growth in proportion to the speed at which the crucible 110 is pulled down cannot be performed. On the other hand, if the conical angle 116 of the conical portion 116 is small, it takes a long time to lower the crucible 110 until it reaches a portion having a large diameter, which is disadvantageous for manufacturing a crystal having a large diameter. The cone angle AG is also important for the subgrain structure. By reducing the cone angle AG, the stress during crystal growth can be relieved and a fine structure can be prevented.

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、カーボン製のジョイント部材122を介して坩堝110に連結する。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 is connected to the crucible 110 through a carbon joint member 122. 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に配置され、坩堝110ごと原料IDを加熱し、これを溶融する。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。ヒーター130は、図10に示すように、第1のヒーター130aと、第2のヒーター130bと、第3のヒーター130cと、第4のヒーター130dの多段で構成され、成長炉CGF内の温度を精密に制御することができる。具体的には、第2のヒーター130bと第3のヒーター130cとの間に原料IDの融点を設定し、第2のヒーター130bの温度は融点より高く設定し、第3のヒーター130cの温度は融点より低く設定する。なお、第2のヒーター130bと第3のヒーター130cとの温度差を第2のヒーター130bと第3のヒーター130cとの距離で割ったものが温度勾配となる。また、第4のヒーター130dの温度を第3のヒーター130cの温度に近づけて設定する。これにより、坩堝110が降下してきたときの急激な冷却を防止することができる。また、第1のヒーター130a乃至第4のヒーター130dの温度コントロールによって、アニールを行うことも可能となる。   The heater 130 is arranged in a ring shape with respect to the cylindrical surface of the crucible 110, heats the raw material ID together with the crucible 110, and melts it. The heater 130 heats the crucible 110 with a uniform heating force along the vertical direction of the crucible 110. As shown in FIG. 10, the heater 130 is composed of multiple stages of a first heater 130a, a second heater 130b, a third heater 130c, and a fourth heater 130d, and controls the temperature in the growth reactor CGF. It can be controlled precisely. Specifically, the melting point of the raw material ID is set between the second heater 130b and the third heater 130c, the temperature of the second heater 130b is set higher than the melting point, and the temperature of the third heater 130c is Set lower than the melting point. A temperature gradient is obtained by dividing the temperature difference between the second heater 130b and the third heater 130c by the distance between the second heater 130b and the third heater 130c. Further, the temperature of the fourth heater 130d is set close to the temperature of the third heater 130c. Thereby, rapid cooling when the crucible 110 descends can be prevented. Further, annealing can be performed by controlling the temperature of the first heater 130a to the fourth heater 130d.

熱電対140は、第1のヒーター130a乃至第4のヒーター130dの中央外側側面に配置され、温度を検出する。熱電対140は、同一ロッド素線より採取したものを用いると共に、定期的に校正され、測温誤差の要因が最小限に抑えられている。   The thermocouple 140 is disposed on the central outer side surface of the first heater 130a to the fourth heater 130d and detects the temperature. As the thermocouple 140, a sample taken from the same rod strand is used, and the thermocouple 140 is periodically calibrated, and the cause of the temperature measurement error is minimized.

断熱部材150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150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160を保護する。   The heat insulating member 150 is disposed adjacent to the inner surface of the growth reactor CGF so as to surround the heater 130. The heat insulating member 150 is made of carbon whose inner surface is well polished, and protects the housing 160 from the heat of the heater 130.

筐体160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。本実施形態では、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筐体160を構成している。   The case 160 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. In the present embodiment, the housing 160 is configured by arranging a heat insulating material (not shown) in the double cylinder using a double cylinder made of stainless steel or the like.

結晶製造装置100の動作について説明する。フッ化カルシウムの原料IDを坩堝110に収納した後、坩堝110をヒーター130で加熱する。このとき、坩堝110の収納部114には種結晶SCが設置されており、フッ化カルシウムの原料IDは全て溶融するが、種結晶SCの一部は溶融しない位置に坩堝110を固定する。その後、排気装置EMによって成長炉CGFを10−3Pa乃至10−4Pa程度まで排気し、徐々にヒーター130の出力を上げて原料IDを溶融する。 The operation of the crystal manufacturing apparatus 100 will be described. After storing the raw material ID of calcium fluoride in the crucible 110, the crucible 110 is heated by the heater 130. At this time, the seed crystal SC is installed in the storage portion 114 of the crucible 110, and all the raw material ID of calcium fluoride is melted, but the crucible 110 is fixed at a position where a part of the seed crystal SC is not melted. Thereafter, the growth furnace CGF is exhausted to about 10 −3 Pa to 10 −4 Pa by the exhaust device EM, and the output of the heater 130 is gradually increased to melt the raw material ID.

種結晶SCの上端部から原料IDまでの溶融温度は、フッ化カルシウムの融点以上であればよいが、好ましくは、1410℃乃至1450℃に設定する。1410℃以下では、原料IDが完全に溶融するまでに長時間を要し、生産性の向上を図ることができない。また、1450℃以上では、フッ化カルシウムの原料IDの気化が激しく、原料IDの損失による生産性の低下を避けることができない。   The melting temperature from the upper end of the seed crystal SC to the raw material ID may be equal to or higher than the melting point of calcium fluoride, but is preferably set to 1410 ° C. to 1450 ° C. Below 1410 ° C., it takes a long time until the raw material ID is completely melted, and productivity cannot be improved. Moreover, at 1450 degreeC or more, the vaporization of calcium fluoride raw material ID is intense, and the fall of productivity by loss of raw material ID cannot be avoided.

成長炉CGFの温度は、ヒーター130の出力を調整して、上述の結晶製造方法1000において説明したような、上方で高く、下方に行くほど低くなるような10℃/cm以下の温度勾配が形成されており、坩堝110を引き下げることにより、種結晶SCを介して結晶成長が行われる。坩堝110の引き下げ速度は、遅いと生産性が悪く、また、速くすぎると温度変化が急激すぎて多結晶になり易く、また、微細なサブグレインの発生があるため、0.5mm/h以下で設定する。   The temperature of the growth furnace CGF is adjusted by adjusting the output of the heater 130 to form a temperature gradient of 10 ° C./cm or less, which is higher in the upper direction and lower in the lower direction as described in the crystal manufacturing method 1000 described above. The crystal growth is performed through the seed crystal SC by pulling down the crucible 110. When the crucible 110 is slow, the productivity is poor when it is slow, and when it is too fast, the temperature change is so rapid that it tends to be polycrystalline, and fine subgrains are generated. Set.

結晶成長後の坩堝110の室温への徐冷速度は5℃/h以下であるが、さらに詳しいヒーター130の設定方法について述べる。成長直後の結晶は炉内の温度勾配があることから、結晶上部(すなわち最後に固化した部分)と下部種結晶付近(すなわち最初に固化した部分)とでは温度勾配10℃/cmに対応して結晶の軸方向厚さが厚い場合には数百度の温度差が発生している。したがって単純に各ヒーター130を5℃/hで温度降下させてもこの上下温度差不均一性に基づく温度分布により、結晶内には熱応力が発生する。これによりすべりが発生し、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であるフッ化カルシウムや隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であるフッ化カルシウムは必ず製造できるというものではなかった。もちろんさらにゆっくりとした冷却速度で徐冷すればその分熱応力は減少するため、結晶品質は向上するのであるが、効率の点では十分ではなかった。そこで本発明者は成長炉伝熱シミュレーションや徐冷プロセスの違いによる結晶内のすべり発生実験を行い、以下の知見にいたった。第一にすべてのヒーター設定温度は、1000℃以上の温度に100時間以上かけてすべて一致させた後、室温に戻す。通常、フッ化物単結晶においては十分なひずみ除去を行うためのアニール温度は1000℃以上であり、まずはこの温度域において上述の結晶内温度差を解消することが必要である。このときあまりに急激に一致させるように設定すると、たとえば成長直後は結晶融点以上に設定されているヒーター130aや130bは出力がゼロになってしまい、一時的に温度分布が大きくなり結晶内の熱応力が大きくなってしまう。本発明の主に対象とする大口径(口径200mm以上)の結晶を製造する結晶製造装置の時定数などの熱伝達特性を考慮すると100時間以上の時間を取ることですべり低減効果を得ることができた。また第二にヒーター130の設定温度を1000℃以上の温度ですべて一致させた後、20時間以上一定温度を保持するステップを更に追加するとよい。前述のアニール工程に習い均熱保持時間をとることで十分なひずみ除去を達成することができる。
以上のように、結晶製造方法1000及び結晶製造装置100によれば、屈折率均質性などの光学特性に優れた結晶(即ち、屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であるフッ化カルシウムや隣接するサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であるフッ化カルシウム)を製造することができる。
The slow cooling rate to room temperature of the crucible 110 after crystal growth is 5 ° C./h or less. A more detailed setting method of the heater 130 will be described. Since the crystal immediately after growth has a temperature gradient in the furnace, the temperature gradient is 10 ° C./cm between the upper part of the crystal (ie, the part solidified last) and the vicinity of the lower seed crystal (ie, the part first solidified). When the axial thickness of the crystal is thick, a temperature difference of several hundred degrees is generated. Therefore, even if the temperature of each heater 130 is simply lowered at 5 ° C./h, thermal stress is generated in the crystal due to the temperature distribution based on this non-uniform temperature difference. As a result, slip occurs, and the in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by Zernike polynomial approximation, and the residual RMS value obtained by subtracting the 1st to 36th term components is 20 ppb or less, and the crystals of adjacent subgrains. It has not always been possible to produce calcium fluoride having a relative tilt angle of the plane orientation within 0.02 degrees and a maximum tilt angle of the crystal plane orientation of subgrains within 0.2 degrees. Of course, if the cooling is performed at a slower cooling rate, the thermal stress is reduced accordingly, so that the crystal quality is improved, but the efficiency is not sufficient. Therefore, the present inventor conducted experiments on generation of slip in the crystal by the difference in the growth furnace heat transfer simulation and the slow cooling process, and reached the following knowledge. First, all the heater set temperatures are matched to a temperature of 1000 ° C. or more over 100 hours, and then returned to room temperature. Usually, in the fluoride single crystal, the annealing temperature for performing sufficient strain removal is 1000 ° C. or higher. First, it is necessary to eliminate the above-mentioned temperature difference in the crystal in this temperature range. At this time, if the values are set so as to coincide too rapidly, for example, immediately after the growth, the heaters 130a and 130b set to a temperature higher than the crystal melting point have zero output, and the temperature distribution temporarily increases, resulting in thermal stress in the crystal. Will become bigger. Considering heat transfer characteristics such as the time constant of a crystal manufacturing apparatus for manufacturing a crystal having a large diameter (200 mm or more), which is the main target of the present invention, a slip reduction effect can be obtained by taking 100 hours or more. did it. Secondly, after all the set temperatures of the heater 130 are matched at a temperature of 1000 ° C. or higher, a step of maintaining a constant temperature for 20 hours or more may be further added. Sufficient strain removal can be achieved by taking the soaking time according to the annealing process described above.
As described above, according to the crystal manufacturing method 1000 and the crystal manufacturing apparatus 100, a crystal having excellent optical characteristics such as refractive index homogeneity (that is, an in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by Zernike polynomial approximation, The relative inclination angle of the crystal plane orientation of calcium fluoride or the adjacent subgrain with the RMS value of the residue after subtracting the items 36 to 36 is 20 ppb or less, and the maximum inclination of the crystal plane orientation of the subgrain Calcium fluoride whose angle is within 0.2 degrees can be produced.

以下、図11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11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11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. 11 is a schematic block diagram showing the configuration of the exposure apparatus 500 of the present invention. As shown in FIG. 11, 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、フレアを発生させることなく、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 emit ultraviolet light, far ultraviolet light, and vacuum ultraviolet light without generating flare. Therefore, a device (semiconductor element, LCD element, imaging element (CCD, etc.), thin film magnetic head, etc.) can be provided with high throughput and good economic efficiency.

次に、図12及び図13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12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. 12 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13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. 13 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.

本発明のフッ化カルシウム単結晶の屈折率均質性(Zernik残渣)及びX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the refractive index homogeneity (Zernik residue) and X-ray topography image of the calcium fluoride single crystal of this invention. 小口径のフッ化カルシウム単結晶のX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray topography image of a small-diameter calcium fluoride single crystal. 比較的大きなサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角を有するフッ化カルシウム単結晶のX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray topography image of the calcium fluoride single crystal which has the relative inclination | tilt angle of the crystal plane orientation of a comparatively big subgrain. 図3に示すフッ化カルシウム単結晶の結晶面方位を多数の測定ポイントで測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the crystal plane orientation of the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 3 at many measurement points. 結晶格子面が湾曲し、大きなサブグレインの結晶面方位の相対傾斜角を有するフッ化カルシウム単結晶のX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray topography image of the calcium fluoride single crystal which the crystal lattice plane curves and has the relative inclination angle of the crystal plane orientation of a big subgrain. 図5に示すフッ化カルシウム単結晶の結晶面方位を多数の測定ポイントで測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the crystal plane orientation of the calcium fluoride single crystal shown in FIG. 5 at many measurement points. 微細なサブグレイン構造を有するフッ化カルシウム単結晶のX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray topography image of the calcium fluoride single crystal which has a fine subgrain structure. 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8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. 本発明の結晶製造方法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 with the crystal manufacturing method of this invention. 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12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。13 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4 shown in FIG. 12. 従来の結晶製造方法によって製造した典型的なフッ化カルシウムの屈折率均質性及びZernike残渣を示す図である。It is a figure which shows the refractive index homogeneity of a typical calcium fluoride manufactured by the conventional crystal manufacturing method, and a Zernike residue. 比較的大きな結晶面方位傾斜を有するフッ化カルシウムのX線トポ画像を示す図である。It is a figure which shows the X-ray topographic image of the calcium fluoride which has a comparatively big crystal plane orientation inclination.

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 熱電対
150 断熱部材
160 筐体
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 Thermocouple 150 Heat insulation member 160 Case SGF Growth furnace ID Raw material SC Seed crystal 500 Exposure apparatus 510 Illumination apparatus 514 Illumination optical system 530 Projection optical system

Claims (12)

結晶性物質の原料を精製し、前記精製された結晶性物質を溶融した後に結晶性物質を成長させることによって製造されるフッ化物単結晶であって、
サブバウンダリーによって区画された複数のサブグレインを有し、
隣接する前記サブグレインの結晶面方位の相対傾斜角が0.02度以内、且つ、前記サブグレインの結晶面方位の最大傾斜角が0.2度以内であることを特徴とするフッ化物単結晶。
A fluoride single crystal produced by purifying a raw material of a crystalline substance, melting the purified crystalline substance and then growing the crystalline substance,
Having a plurality of subgrains partitioned by subboundaries;
A fluoride single crystal having a relative tilt angle of crystal plane orientation of adjacent subgrains within 0.02 degrees and a maximum tilt angle of crystal plane orientation of subgrains within 0.2 degrees .
結晶性物質の原料を精製し、前記精製された結晶性物質を溶融した後に結晶性物質を成長させることによって製造されるフッ化物単結晶であって、
屈折率均質性の面内分布をZernike多項式近似で分解し、1項乃至36項成分を差し引いた残渣RMS値が20ppb以下であることを特徴とするフッ化物単結晶。
A fluoride single crystal produced by purifying a raw material of a crystalline substance, melting the purified crystalline substance and then growing the crystalline substance,
A fluoride single crystal characterized in that an in-plane distribution of refractive index homogeneity is decomposed by Zernike polynomial approximation, and a residual RMS value obtained by subtracting 1st to 36th term components is 20 ppb or less.
坩堝に収納された結晶性物質の原料から単結晶を製造する製造方法であって、
坩堝が移動する空間には複数のヒーターが配置されるとともに、結晶融点を挟んで10℃/cm以下の温度勾配を形成するステップと、
0.5mm/h以下の速度で前記坩堝を移動させることで溶融した前記原料の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結晶を、5℃/h以下の冷却速度で徐冷し室温に戻すステップとを有することを特徴とするフッ化物単結晶の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing a single crystal from a raw material of a crystalline substance stored in a crucible,
A plurality of heaters are disposed in the space in which the crucible moves, and a temperature gradient of 10 ° C./cm or less is formed across the crystal melting point;
Growing a crystal of the raw material melted by moving the crucible at a speed of 0.5 mm / h or less;
And a step of slowly cooling the crystal grown in the growth step at a cooling rate of 5 ° C./h or less to return to room temperature.
前記坩堝は、前記結晶の成長が開始する前記坩堝の下部に円錐形状のコニカル部を有し、
前記コニカル部は、60度以上90度以下の円錐角度を有することを特徴とする請求項3記載の結晶製造方法。
The crucible has a conical conical portion at the bottom of the crucible where the growth of the crystal starts,
The crystal manufacturing method according to claim 3, wherein the conical part has a cone angle of 60 degrees or more and 90 degrees or less.
前記フッ化物単結晶は、フッ化カルシウムであることを特徴とする請求項3記載の結晶製造方法。   The crystal manufacturing method according to claim 3, wherein the fluoride single crystal is calcium fluoride. 前記徐冷するステップにおいて前記複数のヒーターの設定温度は、1000℃以上の温度に100時間以上かけてすべて一致させた後、前記冷却速度で室温に戻したことを特徴とする請求項3記載のフッ化物単結晶の製造方法。   The set temperature of the plurality of heaters in the step of gradually cooling is set to a temperature of 1000 ° C or higher over 100 hours and then returned to room temperature at the cooling rate. A method for producing a fluoride single crystal. 前記徐冷するステップにおいて前記複数のヒーターの設定温度を1000℃以上の温度ですべて一致させた後、20時間以上一定温度を保持するステップを更に有することを特徴とする請求項3記載のフッ化物単結晶の製造方法。   4. The fluoride according to claim 3, further comprising the step of maintaining a constant temperature for 20 hours or more after all the set temperatures of the plurality of heaters are matched at a temperature of 1000 ° C. or higher in the slow cooling step. A method for producing a single crystal. 請求項1又は2記載のフッ化物単結晶を用いて製造されることを特徴とする光学素子   An optical element manufactured using the fluoride single crystal according to claim 1. 請求項3乃至7のうちいずれか一項記載のフッ化物単結晶の製造方法を用いて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 using the method for manufacturing a fluoride single crystal according to any one of claims 3 to 7. 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8又は9記載の光学素子。   10. The optical element according to claim 8, 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8又は9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, the object to be processed is exposed by irradiating the object to be processed with an optical system including the optical element according to claim 8 or 9. An exposure apparatus characterized by: 請求項11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 the object to be processed using the exposure apparatus according to claim 11;
And developing the exposed object to be processed.
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