JP2006056752A

JP2006056752A - アニール用容器

Info

Publication number: JP2006056752A
Application number: JP2004241226A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sumiya; 圭二住谷; Senguttuvan Nachimuth; ナチムスセングットバン; Hiroyuki Ishibashi; 浩之石橋
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】アニール時の光学部品用結晶における加熱ムラを十分に小さくすることができるアニール用容器を提供すること。
【解決手段】本発明は、光学部品用結晶４をアニールするためのアニール用容器１０であって、開口を有する容器本体部１と、容器本体部１の開口を塞ぐように容器本体部１に取外し可能に設けられ、容器本体部１とともに結晶４を収容するための収容部を形成する蓋部２とを備えており、容器本体部１及び蓋部２のかさ密度が、０．０５〜０．８ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品用結晶をアニールするためのアニール用容器に関する。

近年、半導体デバイスにおいて高集積化が進んでおり、半導体デバイスにおける線幅を細くするために、ステッパ等において短波長の光源が要求され、このような光源として、フッ素レーザ（１５７ｎｍ）が用いられるようになっている。そして、光源の短波長化に伴って、ステッパで使用される光学レンズ等の光学部品にも、露光波長において適切な光学特性を発揮することが望まれており、このような光学レンズとしてフッ化カルシウムの単結晶が有望視されている。

一方、光学レンズ等に用いられる単結晶は、その種結晶をもとにして、結晶成長炉（るつぼ、ヒータ等から構成される）で成長された後、さらに単結晶内部に生じる歪み等を除去して結晶の品質及び光学特性を向上させるためにアニールが行われるのが一般的である。

従来、上記のような単結晶をアニールする場合、単結晶を、カーボンからなる非多孔体で構成されたアニール用容器内に収容し、そのアニール用容器をアニール炉に入れることにより単結晶のアニールが行われていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２６５３００号公報（実施例）

しかしながら、前述した従来のアニール用容器を用いた場合、単結晶をアニールする際に、単結晶における加熱ムラが大きかった。このため、その単結晶を光学部品として使用しても、その光学特性に悪影響を与えるおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アニール時の光学部品用結晶における加熱ムラを十分に小さくすることができるアニール用容器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アニール用容器を構成する容器本体部及び蓋部を特定の条件を満たすように構成することで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、光学部品用結晶をアニールするためのアニール用容器であって、開口を有する容器本体部と、容器本体部の開口を塞ぐように容器本体部に取外し可能に設けられ、容器本体部とともに光学部品用結晶を収容するための収容部を形成する蓋部とを備えており、容器本体部及び蓋部のかさ密度が、０．０５〜０．８ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。

このアニール用容器によれば、開口から容器本体部内に光学部品用結晶（単結晶であることが好ましい）が収容された後、蓋部により開口が塞がれると、アニール用容器内の収容部に光学部品用結晶を収容することが可能となる。この状態で、アニール用容器を介して光学部品用結晶をアニールすると、光学部品用結晶における加熱ムラを十分に小さくすることが可能となる。

上記アニール用容器は、光学部品用結晶がフッ化物（より好ましくはフッ化カルシウム）からなる場合に有効である。光学部品用結晶がフッ化物からなる場合、アニール時の加熱ムラが光学特性に与える悪影響が特に大きくなるおそれがあるが、本発明のアニール用容器を用いて光学部品用結晶をアニールすれば、光学部品用結晶における加熱ムラが十分に小さくされるため、光学部品用結晶の光学特性への悪影響が十分に防止されるものと考えられる。

また上記容器本体部及び蓋部は、その熱伝導率が０．１〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。上記容器本体部及び蓋部がこのような熱伝導率の条件をさらに満たす場合には、光学部品用結晶における加熱ムラをより十分に小さくすることが可能になる。

また上記容器本体部及び蓋部が、カーボンを含む多孔体及び／又は繊維状炭素を有することが好ましい。上記容器本体部及び蓋部の構成材料としてこのような材料を使用することで、容器本体部及び蓋部が上記かさ密度及び／又は熱伝導率の条件を満たすように構成することが容易となり、加熱ムラを十分に小さくすることが可能になる。

本発明のアニール用容器によれば、アニールの際に光学部品用結晶における加熱ムラを十分に小さくできるため、結晶中に生じた歪みを均一に除去することが可能となる。従って、本発明のアニール用容器内に光学部品用結晶を収容してアニールすることにより、光学部品用結晶の光学特性を十分に向上させることができるものと考えられる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。

図１は本発明に係るアニール用容器の第１実施形態を示す断面図であり、アニール用容器１０内に光学部品用結晶４を収容した状態を示している。図１に示すように、アニール用容器１０は、開口を有する容器本体部１と、容器本体部１の開口を塞ぐように設けられる蓋部２とを備えており、容器本体部１と蓋部２とによって、光学部品用結晶４を収容するための収容部５が形成されている。蓋部２は、容器本体部１に対して取外し可能に設けられている。

より詳細に述べると、容器本体部１は、底面１ｃを有する円盤状の底部１ａと、当該底部１ａの周縁部から底面１ｃに垂直に延びる環状の壁部１ｂとから構成されている。蓋部２は略円盤状であり、その中央には、アニール用容器１０内の空気を排気するためのベントホール６が形成されている。また、蓋部２には、その周縁部において、蓋部２の中央部を容器本体部１の開口に嵌合させるために環状の切欠きが形成されている。このため、容器本体部１に対して蓋部２がしっかりと固定される。ここで、上記容器本体部１の底部１ａ、壁部１ｂ、及び蓋部２の厚さは通常は同一であることが好ましく、特に限定されないが、０．３〜５ｃｍであることがより好ましい。

上記容器本体部１及び蓋部２は、いずれも多孔体から構成されており、多孔体の全体はカーボンで構成されている。これにより、光学部品用結晶４をアニール用容器１０内に収容してアニールする場合に、光学部品用結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることができる。また、光学部品用結晶４としてフッ化物を用いた場合には、容器１０と結晶４との反応を十分に防止することができる。

上記容器本体部１及び蓋部２は、カーボンを含む多孔体以外に繊維状炭素を用いて構成されていてもよい。また、上記容器本体部１及び蓋部２の構成材料としては、カーボンを含む多孔体及び／又は繊維状炭素を有するものであればよいが、さらに通常のカーボン（非多孔体のカーボン）を有することが好ましい。通常のカーボンを含有させることで、容器本体部１及び蓋部２の機械的強度を向上させることが可能となる。通常のカーボンとしては、黒鉛等が挙げられる。

また上記容器本体部１及び蓋部２のかさ密度は、０．０５〜０．８ｇ／ｃｍ^３である。かさ密度が上記範囲を満たす場合には、容器内に設置した光学部品用結晶４の各部分の温度ムラを十分に小さくすることができる。かさ密度が上記範囲を外れると、かさ密度が上記範囲を満足する場合よりも結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることが困難となる。

また多孔体の熱伝導率は、０．１〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、０．８〜１０Ｗ／ｍ・Ｋであることがより好ましい。熱伝導率が上記範囲を満たす場合には、容器内に設置した光学部品用結晶４の各部分の温度ムラを十分に小さくすることが可能となる。熱伝導率が上記範囲を外れると、容器１０に温度ムラが生じ、熱膨張率が上記範囲を満足する場合よりも結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることが困難となる傾向がある。

上記多孔体は、かさ密度の条件を満たせば十分であるが、熱伝導率の条件をさらに満たす場合には、光学部品用結晶４における加熱ムラをより十分に小さくすることが可能になる。

なお、容器本体部１は、上記多孔体の表面に対して鏡面加工または研磨加工を施してその表面を平滑にしたものであってもよく、また、上記多孔体の表面がカーボン又はガラス状カーボン等からなる膜で覆われたものであってもよい。

次に、上述したアニール用容器１０を用いたアニール方法について説明する。ここでは、光学部品用結晶４として、フッ化カルシウムからなる単結晶をアニールする場合について説明する。光学部品用結晶４としては、円盤状に加工されたものを用いる。

まず、アニール用容器１０の蓋部２を取り外す。そして、用意した光学部品用結晶４を、開口を通して容器本体部１内に収容し、その後、開口を蓋部２で塞ぐ。

次に、光学部品用結晶４が収容されたアニール用容器１０をアニール炉に入れる。その後、アニール炉内を減圧してアニール炉内を真空とする。これに伴いアニール用容器１０の収容部も真空となる。このとき、アニール用容器１０は多孔体から構成されているため、ベントホール６が設けられていなくともアニール用容器１０内は真空になる。このとき、多孔体の表面が膜で覆われている場合であっても、ベントホール６が形成されているため、より容易に容器１０内を真空とすることが可能である。

アニール炉は、光学部品用結晶４をアニールできるものであれば、その形態は特に限定されない。また、アニール炉に用いる加熱源としては、ヒータ、ランプが挙げられる。また、アニール炉は、高さ方向に沿って温度勾配を設定できるような温度制御装置を更に備えていてもよい。

アニール炉内を真空にした後は、加熱源によりアニール用容器１０を加熱し、アニール用容器１０を介して結晶４のアニールを行う。このとき、光学部品用結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることができる。アニールは、結晶品質及び光学特性を十分に向上させる観点からは、９００〜１３５０℃で行われることが好ましい。

このようにしてアニールを終えた後は、アニール炉からアニール用容器１０を取り出し、続いて容器１０の蓋部２を取り外して光学部品用結晶４を取り出す。こうして光学部品用結晶４のアニールが完了する。こうしてアニールされた光学部品用結晶４は、上述したように、アニール時に加熱ムラが十分に小さくされているため、結晶４中の歪みが均一に除去されて結晶品質が向上し、光学部品（特に光学レンズ）として使用した場合には、その光学特性を十分に向上させることができるものと考えられる。

なお、容器１０の収容部５の容積Ｖ１と光学部品用結晶４の体積Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）は、１．２〜２．０となることが好ましく、１．２〜１．７となることがより好ましい。Ｖ１／Ｖ２が上記範囲を満たす場合には、容器１０の多孔体の温度環境の均一性が、そのまま収容部５の温度環境に反映されることから、容器１０の収容部５の温度環境が均一となり、容器１０によって、その内部に配置された結晶４における加熱ムラをより十分に小さくすることができる。なお、Ｖ１／Ｖ２が上記上限値を超えると、収容部５に温度ムラが生じ、結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることができなくなる傾向にあり、他方、上記下限値未満であると、光学部品用結晶４を容器本体部１内に収容することが困難となる傾向にある。

なお、上記アニール方法においては、結晶４をアニール用容器１０内に収容し、これをアニール炉内に入れて結晶４のアニールを行っているが、図２に示すように、結晶４を収容したアニール用容器１０を、これより容積の大きいアニール用容器２０内に更に収容し、このアニール用容器２０をアニール炉内に入れて結晶４をアニールしてもよい。即ち、結晶４をアニール炉でアニールするに際しては、アニール用容器を二重構造にしてもよい。ここで、アニール用容器１０とアニール用容器２０とはそのサイズ以外は同様の構成を有している。即ち容器２０の容器部本体２１、蓋部２２及びベントホール２６はそれぞれ、容器１０の容器部本体１、蓋部２、ベントホール６とサイズ以外は同様の構成を有している。また、アニール用容器１０は、アニール用容器２０と直接接触しないようにスペーサ８を介してアニール用容器２０の底面上に配置されている。スペーサ８は、アニール用容器１０の収容部５の上部と下部の温度分布が同じとなる環境にするために設けられたものである。

このようにアニール用容器を２重構造にして結晶４をアニールする場合でも、アニール用容器の容器本体部１及び蓋部２が上記特定の構成材料から構成されていることで、結晶４における加熱ムラを十分に小さくすることができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、光学部品用結晶４としてのフッ化カルシウムの単結晶をアニールの対象としているが、光学部品用結晶４は、特に限定されず、フッ化物の単結晶の場合に本発明の容器は特に有効である。従って、フッ化カルシウムに代えてフッ化バリウム、フッ化マグネシウム等をアニールの対象としてもよい。

また、光学部品としては、例えば光学レンズが用いられるが、光学レンズ以外の他の光学部品（例えば、光学プリズム、光学ウィンドウ、光学フィルタ、シンチレータ、偏光素子)を用いることもできる。

以下、本発明の内容を、実施例を用いて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず図１に示す容器本体部及び蓋部をそれぞれ、球状の原料を熱分解によって多孔化させた日立化成工業（株）製多孔質ガラス状カーボンを使用して製造した。容器本体部の底部及び壁部の厚さはそれぞれ１０ｍｍとし、容器本体部の内径は１４５ｃｍとし、壁部の底面からの高さは５ｃｍとした。蓋部の厚さは１０ｍｍとし、蓋部の周縁部には、幅５ｍｍの切欠きを形成した。なお、上記のようにして得られた多孔体については、かさ密度が０．１４ｇ／ｃｍ^３であり、熱伝導率が１．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。

（比較例１）
実施例１と同様の形状及び大きさを有する円筒形状のアニール用容器（日本カーボン社製高純度カーボンを使用し、実施例１と同様にして製造した。）を用意した。このアニール用容器を測定したところ、かさ密度が１．８ｇ／ｃｍ^３であり、熱伝導率が１０８Ｗ／ｍ・Ｋであり、アニール用容器は多孔体で構成されていなかった。

（アニール試験）
実施例１及び比較例１のアニール用容器を用いて、アニール試験を行った。先ず、実施例１及び比較例１のアニール用容器において容器本体部から蓋部を取り外し、容器本体部内に、厚さ４０ｍｍ、直径φ１４０ｍｍの円盤状のフッ化カルシウムの単結晶を収容し、その後、蓋部で容器本体部を閉じた。なお、円盤状のフッ化カルシウムには、中心部に熱電対をつけ、その外周部の３箇所（中心部から２０ｍｍ離れた箇所）に等間隔に熱電対をつけ、温度を測定できるようにした。

フッ化カルシウムの単結晶が収容されたアニール用容器をそれぞれアニール炉に入れ、アニールを行った。このとき、アニール炉として真空アニール炉を用い、アニールは、１２５０℃の温度に設定し、１０日間行った。

アニール開始から１２５０℃になった時点での４箇所の温度をそれぞれ測定し、これらの平均値を求めた。その結果、実施例１のアニール用容器に収容された単結晶では温度のばらつき（平均値からのそれぞれ４箇所の温度の差）が±０．５℃以内であり、比較例１のアニール用容器に収容された単結晶では温度のばらつきが±５℃以上であった。

以上の結果から、実施例１のアニール用容器を用いた場合、アニール時に、光学部品用結晶における加熱ムラを十分に小さくできることが確認された。このことから、アニール後の光学部品用結晶においては、結晶の歪みが均一に除去され、結晶品質及び光学特性が十分に向上していると考えられる。

本発明のアニール用容器は、光学部品用結晶のアニールに好適に使用できる。

本発明に係るアニール用容器の第１実施形態を示す断面図である。本発明に係るアニール用容器の第２実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…容器本体部、２…蓋部、４…光学部品用結晶、５…収容部、１０，２０…アニール用容器。

Claims

光学部品用結晶をアニールするためのアニール用容器であって、
開口を有する容器本体部と、
前記容器本体部の前記開口を塞ぐように前記容器本体部に取外し可能に設けられ、前記容器本体部とともに前記光学部品用結晶を収容するための収容部を形成する蓋部と、
を備えており、
前記容器本体部及び前記蓋部のかさ密度が、０．０５〜０．８ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするアニール用容器。
前記容器本体部及び前記蓋部の熱伝導率が、０．１〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のアニール用容器。
前記容器本体部及び前記蓋部が、カーボンを含む多孔体及び／又は繊維状炭素を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアニール用容器。
前記光学部品用結晶が単結晶であることを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載のアニール用容器。
前記光学部品用結晶がフッ化物からなることを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項に記載のアニール用容器。
前記フッ化物がフッ化カルシウムであることを特徴とする請求項５に記載のアニール用容器。