JP2011026142A - Method for growing fluoride crystal, fluoride crystal, and optical member - Google Patents

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敏幸 小野寺
Masahiro Aoshima
真裕 青嶌
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing a fluoride crystal, by which generation of cracks or cloudiness can be sufficiently prevented and a fluoride crystal showing good transmittance characteristics can be obtained in a high yield, and to provide a fluoride crystal and an optical member obtained by use of the above method. <P>SOLUTION: The method for growing the fluoride crystal is carried out by using a Bridgman furnace 10 and by housing a crystal raw material 3, in which a fluoride raw material is compounded, in a crucible 2, fusing the material and cooling to solidify the melt, wherein a fluoride having the total mass concentration of iron and zinc of less than 1.5 ppm is compounded as the fluoride raw material. From the viewpoint of suppressing aggregation of oxygen in a crystal, the mass concentrations of iron and zinc are preferably less than 0.5 ppm and less than 1 ppm, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、フッ化物結晶の育成方法、フッ化物結晶及び光学部材に関し、より詳細には、KrFレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fレーザー(157nm)のような紫外から真空紫外領域を光源とするフォトリソグラフィー装置及びレーザー加工装置、並びに、Xeランプ(172nm)及びKrランプ(146nm)などの真空紫外光源、等の光学系におけるレンズ、プリズム及び窓材などの光学部材に関する。 The present invention relates to a method for growing a fluoride crystal, a fluoride crystal, and an optical member, and more particularly, from ultraviolet to vacuum ultraviolet such as KrF laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), and F 2 laser (157 nm). The present invention relates to an optical member such as a lens, a prism, and a window material in an optical system such as a photolithography apparatus and a laser processing apparatus using a region as a light source, and a vacuum ultraviolet light source such as an Xe lamp (172 nm) and a Kr 2 lamp (146 nm).

集積回路の高密度化に伴い、高解像度の露光を可能とするためにKrFレーザー、ArFレーザー、Fレーザーのような真空紫外領域の非常に波長が短い光源を備えるフォトリソグラフィー装置が用いられている。従来のフォトリソグラフィー装置のレンズは、合成石英が材料として用いられてきた。しかし、合成石英は前述した波長における透過率が低いことから、真空紫外領域においても高い透過率を示す代替レンズ材料が求められている。 Along with the increase in the density of integrated circuits, a photolithography apparatus equipped with a light source having a very short wavelength in the vacuum ultraviolet region, such as a KrF laser, an ArF laser, or an F 2 laser, is used to enable high-resolution exposure. Yes. Synthetic quartz has been used as a material for lenses of conventional photolithography apparatuses. However, since synthetic quartz has a low transmittance at the wavelength described above, an alternative lens material that exhibits a high transmittance even in the vacuum ultraviolet region is required.

フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムなどのフッ化物結晶は、合成石英と比較して、真空紫外領域において高い透過性を示す。そのため、フッ化物結晶は、真空紫外領域を光源とするフォトリソグラフィー装置や真空紫外光源などの光学系におけるレンズや窓材などの材料として注目されている。   Fluoride crystals such as calcium fluoride and magnesium fluoride exhibit higher permeability in the vacuum ultraviolet region than synthetic quartz. Therefore, fluoride crystals are attracting attention as materials for lenses and window materials in optical systems such as a photolithography apparatus using a vacuum ultraviolet region as a light source and a vacuum ultraviolet light source.

フッ化物結晶の育成には、結晶の大口径化が容易であるブリッジマン法やチョクラルスキー法が用いられる。ブリッジマン法では、カーボンなどからなるルツボにフッ化物原料とフッ化剤として働くスカベンジャーとを入れ、これらの結晶原料を溶融して融液とした後、ルツボを所定の温度勾配中でゆっくりと下降させることにより、融液を一方向から冷却、固化させてフッ化物結晶を育成する。   For the growth of fluoride crystals, the Bridgman method or the Czochralski method, which facilitates the enlargement of the crystal diameter, is used. In the Bridgman method, a fluoride raw material and a scavenger acting as a fluorinating agent are placed in a crucible made of carbon, etc., and after melting these crystal raw materials into a melt, the crucible is slowly lowered in a predetermined temperature gradient. As a result, the melt is cooled and solidified from one direction to grow a fluoride crystal.

ところで、ブリッジマン法を用いてフッ化物結晶を育成した場合、結晶中にクラックや濁りが含まれることがある。クラックは、光学材料製造における歩留まりを低下させ、濁りは、結晶の透過率などの光学特性を劣化させる要因となっている。   By the way, when a fluoride crystal is grown using the Bridgman method, cracks and turbidity may be included in the crystal. Cracks reduce the yield in optical material production, and turbidity is a factor that degrades optical characteristics such as crystal transmittance.

クラックや濁りの原因究明及びその対策についてはこれまでにも種々の検討がなされている。例えば、下記特許文献1においては、蛍石素材の育成時に混入した酸素が蛍石のサブグレインバウンダリ又は転移網に局在すること及びアニール処理で酸素が凝集することが濁りの原因であると考えられており、その対策として、蛍石素材を気密熱処理する際に、炉内の圧力を1Pa以下にすることにより蛍石素材中の酸素を蛍石素材の外部へ拡散させる蛍石のにごり除去方法が提案されている。また、下記特許文献2においては、育成の際に使用したスカベンジャーの残留が結晶のクラックや濁りの原因であると考えられており、その対策として、原料の結晶成長融点よりも400℃以上低い融点を有する特定のフッ化物をスカベンジャーとして用いるフッ化物結晶の製造方法が提案されている。   Various investigations have been made so far on the investigation of the causes of cracks and turbidity and the countermeasures against them. For example, in the following Patent Document 1, it is considered that oxygen mixed at the time of growing a fluorite material is localized in the subgrain boundary or transition network of fluorite, and oxygen is aggregated by annealing treatment is considered to cause turbidity. As a countermeasure, when fluorite material is hermetically heat-treated, the fluorite dust removal method diffuses oxygen in the fluorite material to the outside of the fluorite material by reducing the pressure in the furnace to 1 Pa or less. Has been proposed. Further, in Patent Document 2 below, it is considered that the residual scavenger used during the growth is the cause of crystal cracking and turbidity. As a countermeasure, the melting point is 400 ° C. or more lower than the crystal growth melting point of the raw material. A method for producing a fluoride crystal using a specific fluoride having a scavenger as a scavenger has been proposed.

他方、ストロンチウムやマグネシウムなどのフッ化物を結晶原料に添加することで、蛍石にストロンチウムやマグネシウムなどの特定の元素を所定量含有させて結晶の透過率を改善する方法がある(例えば、下記特許文献3、4及び5を参照)。   On the other hand, there is a method for improving the crystal transmittance by adding a predetermined amount of strontium, magnesium or the like to fluorite by adding a fluoride such as strontium or magnesium to the crystal raw material (for example, the following patents) References 3, 4 and 5).

特開2005−145727号公報JP 2005-145727 A 特開平09−227293号公報JP 09-227293 A 特開平09−255329号公報JP 09-255329 A 特開平09−315815号公報JP 09-315815 A 特開2007−126353号公報JP 2007-126353 A

本発明は、クラックや濁りの発生を十分防止することができ、良好な透過率特性を示すフッ化物結晶を歩留まりよく得ることができるフッ化物結晶の育成方法、係る方法を用いて得られるフッ化物結晶及び光学部材を提供することを目的とする。   The present invention can sufficiently prevent the occurrence of cracks and turbidity, and can provide a fluoride crystal exhibiting good transmittance characteristics with good yield, and a fluoride obtained using such a method. An object is to provide a crystal and an optical member.

本発明者らは、結晶原料として配合するフッ化物原料の純度に着目してブリッジマン法によるフッ化物結晶の育成を行ったところ、フッ化物原料における鉄及び鉛の合計質量濃度が、結晶を育成したときのクラックや濁りの発生度合と大きく相関していることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。   The present inventors focused on the purity of the fluoride raw material to be blended as the crystal raw material and grown the fluoride crystal by the Bridgman method. The total mass concentration of iron and lead in the fluoride raw material grew the crystal. The present invention has been found to be greatly correlated with the degree of occurrence of cracks and turbidity, and the present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明は、フッ化物原料が配合された結晶原料の融液を冷却固化してフッ化物結晶を育成する方法であって、フッ化物原料として、鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であるフッ化物を配合することを特徴とするフッ化物結晶の育成方法を提供する。   That is, the present invention is a method for growing a fluoride crystal by cooling and solidifying a melt of a crystal material mixed with a fluoride material, and the total mass concentration of iron and lead is 1.5 ppm as the fluoride material. Provided is a method for growing a fluoride crystal, characterized in that a fluoride that is less than the above is blended.

本発明のフッ化物結晶の育成方法によれば、上記特定のフッ化物原料を用いることにより、クラックや濁りの発生を十分防止することができ、良好な透過率特性を示すフッ化物結晶を歩留まりよく得ることができる。   According to the method for growing a fluoride crystal of the present invention, the use of the specific fluoride raw material can sufficiently prevent the occurrence of cracks and turbidity, and can produce a fluoride crystal exhibiting good transmittance characteristics with a high yield. Obtainable.

本発明のフッ化物結晶の育成方法は、鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であるフッ化物を原料として配合することを特徴としており、上記特許文献に記載のものをはじめとする従来の方法と比較して結晶製造のプロセスが簡便であるという利点を有する。すなわち、本発明によれば、気密熱処理及びその条件設定、並びに、スカベンジャーなどの添加物の選定及びその添加量の厳密な調節など、結晶を育成するときの育成条件を大きく変更せずとも、クラックや濁りがない或いは十分少なく良好な透過率特性を示すフッ化物結晶を容易に得ることができる。   The method for growing a fluoride crystal according to the present invention is characterized by blending, as a raw material, a fluoride having a total mass concentration of iron and lead of less than 1.5 ppm, including those described in the above-mentioned patent documents. Compared with this method, there is an advantage that the crystal production process is simple. That is, according to the present invention, cracking without greatly changing the growth conditions when growing the crystal, such as hermetic heat treatment and its condition setting, and selection of additives such as scavenger and strict adjustment of the addition amount thereof. It is possible to easily obtain a fluoride crystal that is free from turbidity or has a sufficiently small amount of good transmittance characteristics.

本発明のフッ化物結晶の育成方法において、上記フッ化物原料として、鉄の質量濃度が0.5ppm未満であり且つ鉛の質量濃度が1ppm未満であるフッ化物を配合することが好ましい。   In the method for growing fluoride crystals of the present invention, it is preferable to blend a fluoride having a mass concentration of iron of less than 0.5 ppm and a mass concentration of lead of less than 1 ppm as the fluoride raw material.

本発明のフッ化物結晶の育成方法は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、希土類フッ化物、又は、これらの混晶結晶であるフッ化物結晶を得るのに好適である。   The fluoride crystal growth method of the present invention provides calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, lithium fluoride, rare earth fluoride, or a fluoride crystal that is a mixed crystal thereof. It is suitable for.

本発明はまた、上記本発明のフッ化物結晶の育成方法によって得られたフッ化物結晶を提供する。本発明のフッ化物結晶は、クラックや濁りが十分少なく、透過率特性、特には真空紫外領域における透過率に優れている。   The present invention also provides a fluoride crystal obtained by the method for growing a fluoride crystal of the present invention. The fluoride crystal of the present invention has few cracks and turbidity, and is excellent in transmittance characteristics, particularly in the vacuum ultraviolet region.

本発明はまた、上記本発明のフッ化物結晶からなる光学部材を提供する。本発明の光学部材は、真空紫外領域の光学系へ適用することができる。   The present invention also provides an optical member comprising the above-described fluoride crystal of the present invention. The optical member of the present invention can be applied to an optical system in the vacuum ultraviolet region.

本発明によれば、クラックや濁りの発生を十分防止することができ、良好な透過率特性を示すフッ化物結晶を歩留まりよく得ることができるフッ化物結晶の育成方法、係る方法を用いて得られるフッ化物結晶及び光学部材を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to sufficiently prevent the occurrence of cracks and turbidity, and to obtain a fluoride crystal exhibiting good transmittance characteristics with good yield. Fluoride crystals and optical members can be provided.

本発明に係るフッ化物結晶の育成方法を行うために好適に用いられるブリッジマン炉を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the Bridgman furnace suitably used in order to perform the growth method of the fluoride crystal which concerns on this invention. 実施例1で得られたフッ化マグネシウム結晶の外観を示す図である。1 is an external view of a magnesium fluoride crystal obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られたフッ化マグネシウム結晶の外観を示す図である。2 is a view showing an appearance of a magnesium fluoride crystal obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で得られたフッ化マグネシウム結晶の外観を示す図である。6 is a view showing an appearance of a magnesium fluoride crystal obtained in Comparative Example 2. FIG.

本発明のフッ化物結晶の育成方法は、フッ化物原料が配合された結晶原料の融液を冷却固化してフッ化物結晶を育成する方法であって、フッ化物原料として、鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であるフッ化物を配合することを特徴とする。   The method for growing a fluoride crystal according to the present invention is a method for growing a fluoride crystal by cooling and solidifying a melt of a crystal material mixed with a fluoride material, and the total mass of iron and lead as the fluoride material. A fluoride having a concentration of less than 1.5 ppm is blended.

まず、本発明のフッ化物結晶の育成方法で用いられる結晶原料について説明する。   First, the crystal raw material used in the method for growing a fluoride crystal of the present invention will be described.

結晶原料に配合されるフッ化物原料としては、例えば、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、希土類フッ化物が挙げられる。   Examples of the fluoride raw material blended with the crystal raw material include calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, lithium fluoride, and rare earth fluoride.

本発明のフッ化物結晶の育成方法において上記のフッ化物原料を用いた場合、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、希土類フッ化物、及び、これらの混晶結晶を育成することができる。   When the above-mentioned fluoride raw material is used in the method for growing a fluoride crystal of the present invention, calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, lithium fluoride, rare earth fluoride, and mixed crystals thereof. Crystals can be grown.

本発明において、フッ化物原料として配合するフッ化物は、鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であればよいが、結晶中への酸素の凝集を抑制する観点から、鉄の質量濃度が0.5ppm未満且つ鉛の質量濃度が1ppm未満であるものが好ましい。   In the present invention, the fluoride blended as the fluoride raw material may be a total mass concentration of iron and lead of less than 1.5 ppm, but from the viewpoint of suppressing the aggregation of oxygen in the crystal, the mass concentration of iron is Those having a lead concentration of less than 0.5 ppm and less than 1 ppm are preferred.

更に、結晶中への酸素の凝集を抑制する観点から、フッ化物原料として配合するフッ化物は、鉄の質量濃度が0.1ppm以上0.5ppm未満且つ鉛の質量濃度が0.5ppm以上1.0ppm未満であるものが好ましい。   Furthermore, from the viewpoint of suppressing the aggregation of oxygen in the crystal, the fluoride compounded as the fluoride raw material has an iron mass concentration of 0.1 ppm or more and less than 0.5 ppm and a lead mass concentration of 0.5 ppm or more. Those less than 0 ppm are preferred.

上記の鉄及び鉛の質量濃度を満たすフッ化物は、例えば、帯域精製法、真空蒸留法等により調製することができる。   The fluoride satisfying the mass concentration of iron and lead can be prepared by, for example, a zone purification method, a vacuum distillation method, or the like.

フッ化物原料中の鉄及び鉛の質量濃度は、蛍光X線分析法、X線光電子分光法、ICP質量分析法などの分析方法により確認することができる。本発明においては、ppmオーダーでの高精度分析を行う点から、ICP質量分析法を用いることが好ましい。これらの分析方法を利用し、鉄及び鉛の質量濃度が上記条件を満たすフッ化物を選定して、それをフッ化物原料として用いてもよい。   The mass concentration of iron and lead in the fluoride raw material can be confirmed by analytical methods such as fluorescent X-ray analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, and ICP mass spectrometry. In the present invention, it is preferable to use ICP mass spectrometry from the viewpoint of performing highly accurate analysis on the order of ppm. Using these analytical methods, a fluoride whose mass concentration of iron and lead satisfies the above conditions may be selected and used as a fluoride raw material.

フッ化物原料としては、不純物含有濃度の点で、粉末状のフッ化物(ステラケミファ社製、Grade−1)などの市販品)を用いることが好ましい。ただし、粉末状のフッ化物だけではなく、焼結体、ビーズ、チップ、バルクなどのフッ化物を用いることもできる。フッ化物原料は、一度、溶融、固化させたものであっても構わない。   As the fluoride raw material, it is preferable to use a powdery fluoride (commercially available product such as Grade-1) manufactured by Stella Chemifa Co.) in terms of impurity concentration. However, not only powdered fluorides but also fluorides such as sintered bodies, beads, chips, and bulks can be used. The fluoride raw material may be once melted and solidified.

本発明のフッ化物結晶の育成方法によれば、上述したフッ化物原料を用いることにより、クラックや濁りの発生を抑制することができ、良好な透過率特性、特には、紫外から真空紫外領域における透過率が高いフッ化物結晶を歩留まりよく得ることができる。このような効果が得られる理由を本発明者らは以下のとおり考えている。フッ化物原料に含まれる鉄及び鉛は、結晶原料中や育成炉内部の酸素と酸化物を形成し、酸素を結晶中に取り込みやすくする働きがあると考えられる。そして、鉄、鉛及びそれらの酸化物が成長核となり、フッ化物結晶の結晶成長を阻害することで、クラックや結晶欠陥が発生すると本発明者らは考えている。また、フッ化物結晶における濁りは、結晶欠陥及びサブグレインバウンダリに凝縮した酸素が散乱中心となって観察されているものと本発明者らは考えている。鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であるフッ化物原料を用いることにより、上述の結晶中への酸素の取り込み、クラック及び結晶欠陥の発生、並びにサブグレインバウンダリへの酸素の凝集が有効に抑制され、クラックや濁りがなく良好な透過率特性を示すフッ化物結晶が得られたものと推察する。   According to the method for growing a fluoride crystal of the present invention, by using the fluoride raw material described above, generation of cracks and turbidity can be suppressed, and good transmittance characteristics, particularly in the ultraviolet to vacuum ultraviolet region. A fluoride crystal having a high transmittance can be obtained with a high yield. The present inventors consider the reason why such an effect is obtained as follows. It is considered that iron and lead contained in the fluoride raw material have the function of forming oxygen and oxide in the crystal raw material and in the growth furnace, and making oxygen easily incorporated into the crystal. The present inventors consider that cracks and crystal defects occur when iron, lead, and oxides thereof serve as growth nuclei and inhibit crystal growth of fluoride crystals. In addition, the present inventors consider that turbidity in the fluoride crystal is observed with crystal defects and oxygen condensed in the subgrain boundary as a scattering center. By using a fluoride raw material with a total mass concentration of iron and lead of less than 1.5 ppm, the incorporation of oxygen into the crystal, the generation of cracks and crystal defects, and the agglomeration of oxygen into the subgrain boundary are effective. It is presumed that a fluoride crystal exhibiting good transmittance characteristics without cracks and turbidity was obtained.

フッ化物原料として配合するフッ化物は、不純物による結晶成長の阻害を防ぐ観点から、金属不純物の含有量が低いものが好ましい。このようなフッ化物は、帯域精製法、真空蒸留法、一方向凝固法などにより得ることができる。なお、上記元素の質量濃度は、鉄及び鉛の質量濃度と同様、上述した分析方法により確認することができる。   The fluoride compounded as the fluoride raw material is preferably one having a low content of metal impurities from the viewpoint of preventing inhibition of crystal growth by impurities. Such a fluoride can be obtained by a zone purification method, a vacuum distillation method, a unidirectional solidification method, or the like. In addition, the mass concentration of the element can be confirmed by the analysis method described above, similarly to the mass concentration of iron and lead.

本発明のフッ化物結晶の育成方法において、結晶原料には、フッ化物原料中に含まれる酸化物のフッ化を目的として、フッ化物原料の融点以下で気化することができるフッ化物をスカベンジャーとして配合することが好ましい。   In the method for growing a fluoride crystal of the present invention, the crystal raw material is blended with a scavenger that can be vaporized below the melting point of the fluoride raw material for the purpose of fluorination of the oxide contained in the fluoride raw material. It is preferable to do.

上記のスカベンジャーとしては、例えば、フッ化ビスマス、フッ化亜鉛、フッ化ナトリウム、フッ化リチウム、フッ化銀、フッ化銅、フッ化マンガンなどが挙げられる。これらのフッ化物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて配合することができる。なお、スカベンジャーの配合量は、フッ化物原料に含まれる全ての酸化物をフッ化するのに十分な量に設定される。過剰のスカベンジャーは結晶中に残留し、不純物として振舞うことが想定されるため、スカベンジャーとしてのフッ化物の配合量は、フッ化物原料として配合するフッ化物100質量部に対して、0.001〜0.1質量部であることが好ましい。   Examples of the scavenger include bismuth fluoride, zinc fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, silver fluoride, copper fluoride, and manganese fluoride. These fluorides can be blended singly or in combination of two or more. The blending amount of the scavenger is set to an amount sufficient to fluorinate all oxides contained in the fluoride raw material. Since excess scavenger remains in the crystal and is assumed to behave as an impurity, the compounding amount of fluoride as a scavenger is 0.001 to 0 with respect to 100 parts by mass of fluoride compounded as a fluoride raw material. It is preferably 1 part by mass.

次に、本発明のフッ化物結晶の育成方法の好適な一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明するブリッジマン法によるフッ化物結晶の育成方法は本発明の例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, a preferred embodiment of the method for growing a fluoride crystal of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the growth method of the fluoride crystal by the Bridgeman method described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to this.

図1は、本発明に係るフッ化物結晶の育成方法を行うために好適に用いられるブリッジマン炉を示す模式図である。図1に示すブリッジマン炉10は、ヒーター4と、その周囲を囲む断熱材5及びこれらを覆う気密可能なチャンバー1から構成される。また、チャンバー1内部は真空ポンプにより10−5Pa程度まで排気可能な構造である。ヒーター4により炉内部には、上部から下部にかけて高温から徐々に低温となる温度勾配が形成される。結晶を育成するためのルツボ2は、炉内部のシャフト6上部に設置される。ルツボ2の素材は、カーボン、石英、白金など用いられるが、特別に限定されるものではない。ルツボ2の上部には孔が備えてあり、ルツボ2内部も真空排気される仕組みになっている。なお、ルツボ2は、シャフト6の動きによって昇降可能であり、温度勾配に沿ってルツボ2を降下させることにより結晶が育成される。 FIG. 1 is a schematic view showing a Bridgman furnace preferably used for performing the method for growing fluoride crystals according to the present invention. A Bridgman furnace 10 shown in FIG. 1 includes a heater 4, a heat insulating material 5 surrounding the heater 4, and an airtight chamber 1 covering these. The inside of the chamber 1 has a structure that can be evacuated to about 10 −5 Pa by a vacuum pump. The heater 4 forms a temperature gradient from the high temperature to the low temperature in the furnace from the upper part to the lower part. The crucible 2 for growing crystals is installed on the upper part of the shaft 6 inside the furnace. The material of the crucible 2 is carbon, quartz, platinum or the like, but is not particularly limited. A hole is provided in the upper part of the crucible 2 so that the inside of the crucible 2 is also evacuated. The crucible 2 can be moved up and down by the movement of the shaft 6, and the crystal is grown by lowering the crucible 2 along the temperature gradient.

上述したフッ化物原料とスカベンジャーとを十分に攪拌して得られた結晶原料3をルツボ2に収容する。このルツボ2をチャンバー1内上部に設置し、チャンバー1内部を真空排気する。ヒーター4の加熱によって、ルツボ2内のスカベンジャーを気化させ、結晶原料中の酸化物をフッ化させる。なお、原料中の酸化物との反応が完全に終えるまでは温度を保持する必要がある。その後、温度を上げて結晶原料3を完全に溶融させ、ルツボ2をゆっくりと下降させることにより、ルツボ2下部の方から融液を結晶化させる。固化した直後の結晶は高温であり、熱収縮により結晶にクラックが発生しやすいため、融液が完全に固化した後、ヒーター4をゆっくりと冷却し結晶を徐冷することが望ましい。   The crystal raw material 3 obtained by sufficiently stirring the above-described fluoride raw material and scavenger is accommodated in the crucible 2. The crucible 2 is installed in the upper part of the chamber 1 and the inside of the chamber 1 is evacuated. By heating the heater 4, the scavenger in the crucible 2 is vaporized and the oxide in the crystal raw material is fluorinated. In addition, it is necessary to hold | maintain temperature until reaction with the oxide in a raw material is completed. Thereafter, the temperature is raised to completely melt the crystal material 3, and the crucible 2 is slowly lowered to crystallize the melt from the lower part of the crucible 2. Since the crystal immediately after solidification has a high temperature and cracks are likely to occur due to thermal contraction, it is desirable to cool the heater 4 slowly to slowly cool the crystal after the melt is completely solidified.

上述したフッ化物結晶の育成方法は、フッ化物原料とスカベンジャーとを混合して結晶原料を得る工程、結晶原料を溶融して融液を得る工程、融液を冷却固化してフッ化物結晶を得る工程、及び、フッ化物結晶を徐冷する工程を備えるブリッジマン法による育成方法であるが、本発明においては種々の変更が可能である。例えば、チョクラルスキー法などが挙げられる。   The fluoride crystal growth method described above includes a step of obtaining a crystal raw material by mixing a fluoride raw material and a scavenger, a step of obtaining a melt by melting the crystal raw material, and obtaining a fluoride crystal by cooling and solidifying the melt. Although it is a growth method by the Bridgman method including a step and a step of gradually cooling the fluoride crystal, various modifications can be made in the present invention. An example is the Czochralski method.

本発明のフッ化物結晶の育成方法によれば、クラックや濁りの発生を十分に防止できるが、育成したフッ化物結晶に含まれるクラックや濁りを評価して、用途に応じて結晶の選別を更に行ってもよい。フッ化物結晶に含まれるクラックや濁りの評価は目視によって行うことができる。この際、結晶の状態をはっきりと捉えるために、黒い紙や布の上に結晶を置き白色光の下で観察するのが望ましい。濁りの目視による評価は、個人の感覚により左右されるため、濁りの影響を結晶の透過率の変化として捉えるのがより好ましい。この場合、測定サンプルとなる結晶を切り出した後、サンプル表面における散乱を防ぐため、両表面には光学研磨を施すのが望ましい。透過率を評価する場合、分光光度計を用いて紫外領域から真空紫外領域にわたる波長域での透過率を測定することが望ましい。   According to the method for growing a fluoride crystal of the present invention, it is possible to sufficiently prevent the occurrence of cracks and turbidity, but further evaluate the cracks and turbidity contained in the grown fluoride crystal and further select the crystals according to the application. You may go. Evaluation of cracks and turbidity contained in the fluoride crystal can be performed visually. At this time, it is desirable to place the crystal on black paper or cloth and observe it under white light in order to clearly grasp the crystal state. Since the visual evaluation of turbidity depends on an individual's sense, it is more preferable to capture the influence of turbidity as a change in crystal transmittance. In this case, it is desirable to perform optical polishing on both surfaces in order to prevent scattering on the sample surface after cutting out the crystal serving as the measurement sample. When evaluating the transmittance, it is desirable to measure the transmittance in the wavelength range from the ultraviolet region to the vacuum ultraviolet region using a spectrophotometer.

次に、本発明の光学部材について説明する。本発明の光学部材は、上述した本発明のフッ化物結晶の育成方法により得られたフッ化物結晶からなるものである。   Next, the optical member of the present invention will be described. The optical member of the present invention comprises a fluoride crystal obtained by the above-described method for growing a fluoride crystal of the present invention.

光学部材としては、例えば、半導体リソグラフィー用レンズ、レーザー用窓材、カメラ用レンズ等が挙げられる。本発明の光学部材は、光透過性に優れた本発明に係るフッ化物結晶からなるものであることにより、上記の用途として用いた場合に充分な光学特性を得ることができ、特には、KrFレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fレーザー(157nm)のような紫外から真空紫外領域を光源とするフォトリソグラフィー装置及びレーザー加工装置、並びに、Xeランプ(172nm)及びKrランプ(146nm)などの真空紫外光源、等の光学系におけるレンズ、プリズム及び窓材などの光学部材として好適である。 Examples of the optical member include a semiconductor lithography lens, a laser window material, and a camera lens. Since the optical member of the present invention is made of the fluoride crystal according to the present invention having excellent light transmittance, it is possible to obtain sufficient optical characteristics when used as the above-mentioned application, and in particular, KrF Photolithography apparatus and laser processing apparatus using ultraviolet to vacuum ultraviolet light source such as laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F 2 laser (157 nm), Xe lamp (172 nm) and Kr 2 lamp ( 146 nm) and other optical members such as lenses, prisms and window materials in an optical system such as a vacuum ultraviolet light source.

本発明の光学部材の形状は、上記した用途で用いられている従来の光学部材の形状を特に制限なく適用できる。例えば、一方の面が平面であり、他方の面が凸曲面又は凹曲面であるものや、両方の面が凸曲面又は凹曲面であるものなどが挙げられる。また、曲面は球面であっても非球面であってもよい。   As the shape of the optical member of the present invention, the shape of the conventional optical member used in the above-described applications can be applied without particular limitation. For example, one surface is a flat surface and the other surface is a convex or concave curved surface, or both surfaces are convex or concave curved surfaces. The curved surface may be spherical or aspherical.

本発明の光学部材は、本発明に係るフッ化物結晶を、従来公知の方法で所定の形状に加工し、研削、研磨等を行うことにより得ることができる。   The optical member of the present invention can be obtained by processing the fluoride crystal according to the present invention into a predetermined shape by a conventionally known method, and performing grinding, polishing or the like.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not restrict | limited to these.

<フッ化物結晶の育成>
(実施例1)
フッ化物結晶を育成するために、図1に示されるものと同様のブリッジマン炉を用意した。なお、ルツボは、カーボン製ルツボ(内径:55mm、直胴部長さ:200mm)を使用した。
<Growth of fluoride crystals>
Example 1
In order to grow fluoride crystals, a Bridgman furnace similar to that shown in FIG. 1 was prepared. As the crucible, a carbon crucible (inner diameter: 55 mm, straight body length: 200 mm) was used.

フッ化物原料としてフッ化マグネシウム粉末(Grade−1)(ステラケミファ社製)500g、及びスカベンジャーとしてフッ化ビスマス粉末(公称純度99.99%)(シグマアルドリッチ社製)1g(フッ化マグネシウム粉末比0.2重量%)を用意した。ICP質量分析装置を用いて、フッ化マグネシウム粉末中の鉄及び鉛の含有量を測定したところ、鉄の質量濃度は0.2ppm未満、鉛の質量濃度は0.5ppm未満であった。   Magnesium fluoride powder (Grade-1) (manufactured by Stella Chemifa) as a fluoride raw material, and bismuth fluoride powder (nominal purity 99.99%) (manufactured by Sigma-Aldrich) as a scavenger (magnesium fluoride powder ratio 0) .2% by weight). When the contents of iron and lead in the magnesium fluoride powder were measured using an ICP mass spectrometer, the mass concentration of iron was less than 0.2 ppm, and the mass concentration of lead was less than 0.5 ppm.

上記のフッ化物原料及びスカベンジャーを、ミックスローターを用いて十分に攪拌して結晶原料を調製し、この結晶原料を上記のルツボに収容した。   The above-mentioned fluoride raw material and scavenger were sufficiently stirred using a mix rotor to prepare a crystal raw material, and this crystal raw material was accommodated in the above crucible.

結晶原料が収容されたルツボを、チャンバー内に配置した後、油拡散ポンプを用いてチャンバー内を10−4〜10−5Pa程度まで真空排気した。ヒーターを室温から1400℃まで60℃/hの速度で昇温した後、ルツボを炉の最上部まで10mm/hの速度で上昇させた。ルツボを最上部の位置で20時間保持し、ルツボ内の結晶原料を完全に溶融させた後、ルツボを2mm/hの速度でフッ化マグネシウムが完全に固化する位置まで降下させてフッ化マグネシウム結晶を育成した。その後、ヒーターを20℃/hの速度で徐冷した。 After placing the crucible containing the crystal raw material in the chamber, the chamber was evacuated to about 10 −4 to 10 −5 Pa using an oil diffusion pump. After heating the heater from room temperature to 1400 ° C. at a rate of 60 ° C./h, the crucible was raised to the top of the furnace at a rate of 10 mm / h. Hold the crucible at the uppermost position for 20 hours and completely melt the crystal raw material in the crucible, then lower the crucible to a position where the magnesium fluoride is completely solidified at a rate of 2 mm / h to produce magnesium fluoride crystals Nurtured. Thereafter, the heater was gradually cooled at a rate of 20 ° C./h.

(比較例1)
フッ化マグネシウム粉末(Grade−1)(ステラケミファ社製)500gに代えてフッ化マグネシウム粉末(OP)(ステラケミファ社製)380gを配合し、フッ化ビスマス粉末の配合量を0.76gに変更した以外は実施例1と同様にして、フッ化マグネシウム結晶を育成した。なお、ICP質量分析装置を用いて、フッ化マグネシウム粉末中の鉄及び鉛の含有量を測定したところ、鉄及び鉛の質量濃度は共に1ppmであった。
(Comparative Example 1)
Instead of 500 g of magnesium fluoride powder (Grade-1) (manufactured by Stella Chemifa), 380 g of magnesium fluoride powder (OP) (manufactured by Stella Chemifa) is blended, and the blending amount of bismuth fluoride powder is changed to 0.76 g. A magnesium fluoride crystal was grown in the same manner as in Example 1 except that. In addition, when the content of iron and lead in the magnesium fluoride powder was measured using an ICP mass spectrometer, the mass concentration of both iron and lead was 1 ppm.

(比較例2)
フッ化マグネシウム粉末(Grade−1)(ステラケミファ社製)500gに代えてフッ化マグネシウム粉末(添川理化学社製)430gを配合し、フッ化ビスマス粉末の配合量を0.86gに変更した以外は実施例1と同様にして、フッ化マグネシウム結晶を育成した。なお、ICP質量分析装置を用いて、フッ化マグネシウム粉末中の鉄及び鉛の含有量を測定したところ、鉄の質量濃度は8ppm、鉛の質量濃度は9ppmであった。
(Comparative Example 2)
Magnesium fluoride powder (Grade-1) (manufactured by Stella Chemifa Corporation) was replaced with 500 g of magnesium fluoride powder (manufactured by Soekawa Rikagaku Co.), and the blending amount of bismuth fluoride powder was changed to 0.86 g. In the same manner as in Example 1, magnesium fluoride crystals were grown. When the contents of iron and lead in the magnesium fluoride powder were measured using an ICP mass spectrometer, the mass concentration of iron was 8 ppm, and the mass concentration of lead was 9 ppm.

<フッ化物結晶の評価>
上記で得られたフッ化マグネシウム結晶について、下記の方法にしたがって、クラック及び濁りの評価、並びに透過率の測定を行った。得られた結果を表1に示す。また、実施例1、比較例1及び2で得られたフッ化マグネシウム結晶の外観を示す図をそれぞれ図2〜4に示す。
<Evaluation of fluoride crystals>
The magnesium fluoride crystal obtained above was evaluated for cracks and turbidity and measured for transmittance according to the following method. The obtained results are shown in Table 1. Moreover, the figure which shows the external appearance of the magnesium fluoride crystal obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is shown in FIGS.

(クラックの評価)
結晶を白色光の下で目視にて観察し、結晶の直胴部長さに対する、結晶の成長面にクラックが見られない領域の結晶成長方向の長さの割合(%)を算出した。
(Evaluation of cracks)
The crystal was visually observed under white light, and the ratio (%) of the length in the crystal growth direction of the region where no crack was found on the crystal growth surface to the length of the straight body of the crystal was calculated.

(濁りの評価)
結晶を黒い布の上に置き、白色光を結晶の側面から照射して布の色が観察できるか否かによって、濁りの有無を判断した。
(Evaluation of turbidity)
The crystal was placed on a black cloth, and white light was irradiated from the side of the crystal to determine whether or not the color of the cloth could be observed.

(透過率の測定)
得られた結晶から測定用のサンプルを切り出し、入射面、透過面の光学研磨を行った。実施例1で得られた結晶については、半径38mmのディスク状のサンプルを作成した。比較例1で得られた結晶については、31×12mmの板状のサンプルを作成した。比較例2で得られた結晶については、結晶の割れに沿って取り出したものを38×13mmの板状に加工した。なお、これらのサンプルの厚さは、全て6mmとした。
(Measurement of transmittance)
A sample for measurement was cut out from the obtained crystal, and the incident surface and the transmission surface were optically polished. For the crystal obtained in Example 1, a disk-shaped sample having a radius of 38 mm was prepared. About the crystal | crystallization obtained in the comparative example 1, the plate-shaped sample of 31x12 mm was created. About the crystal | crystallization obtained by the comparative example 2, what was taken out along the crack of a crystal | crystallization was processed into the plate shape of 38x13 mm. The thicknesses of these samples were all 6 mm.

上記で作成したサンプルについて、分光光度計(Jasco、V−570)を用いて、真空紫外領域における透過率を測定した。なお、入射光は、サンプルの中央部4mm×2mmの範囲に照射した。表中には、ArFエキシマレーザーの発振波長である193nmにおける透過率を示す。   About the sample created above, the transmittance | permeability in a vacuum ultraviolet region was measured using the spectrophotometer (Jasco, V-570). In addition, incident light was irradiated to the central part 4 mm x 2 mm range of the sample. The table shows the transmittance at 193 nm, which is the oscillation wavelength of the ArF excimer laser.


実施例1で得られたフッ化マグネシウム結晶(図2を参照)には、結晶中にクラック、濁りともに全く見られなかった。一方、比較例1で得られた結晶(図3を参照)及び比較例2で得られた結晶(図4を参照)には、結晶全体にわたってクラックが無数に存在し、結晶全体が白く濁っていた。   In the magnesium fluoride crystal obtained in Example 1 (see FIG. 2), neither crack nor turbidity was found in the crystal. On the other hand, the crystal obtained in Comparative Example 1 (see FIG. 3) and the crystal obtained in Comparative Example 2 (see FIG. 4) have innumerable cracks throughout the crystal, and the whole crystal is cloudy white. It was.

実施例1で得られたフッ化マグネシウム結晶は、193nmの波長において90%以上の高い透過率を示すことが確認された。一方、比較例1及び比較例2で得られたフッ化マグネシウム結晶は、クラックや濁りが要因となり、透過率は低いものであった。   It was confirmed that the magnesium fluoride crystal obtained in Example 1 showed a high transmittance of 90% or more at a wavelength of 193 nm. On the other hand, the magnesium fluoride crystals obtained in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 had low transmittance due to cracks and turbidity.

これらの結果から、鉄及び鉛の質量濃度の閾値(合計質量濃度1.5ppm未満、好ましくは、鉄の質量濃度0.5ppm未満且つ鉛の質量濃度1ppm未満)を基準にフッ化物原料を選択するが、真空紫外領域の光学部材の材料として好適な高い透過率を有するフッ化マグネシウム結晶の実現に有効であるといえる。   From these results, the fluoride raw material is selected on the basis of the threshold value of the mass concentration of iron and lead (total mass concentration of less than 1.5 ppm, preferably less than 0.5 ppm of iron and less than 1 ppm of lead). However, it can be said that it is effective for realizing a magnesium fluoride crystal having a high transmittance suitable as a material for an optical member in the vacuum ultraviolet region.

1…チャンバー、2…ルツボ、3…結晶原料、4…ヒーター、5…断熱材、6…シャフト、10…ブリッジマン炉。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Crucible, 3 ... Crystal raw material, 4 ... Heater, 5 ... Thermal insulation, 6 ... Shaft, 10 ... Bridgman furnace.

Claims (5)

フッ化物原料が配合された結晶原料の融液を冷却固化してフッ化物結晶を育成する方法であって、
前記フッ化物原料として、鉄及び鉛の合計質量濃度が1.5ppm未満であるフッ化物を配合する、フッ化物結晶の育成方法。
A method for growing a fluoride crystal by cooling and solidifying a melt of a crystal material mixed with a fluoride material,
A method for growing fluoride crystals, wherein a fluoride having a total mass concentration of iron and lead of less than 1.5 ppm is blended as the fluoride raw material.
前記フッ化物原料として、鉄の質量濃度が0.5ppm未満であり且つ鉛の質量濃度が1ppm未満であるフッ化物を配合する、請求項1に記載のフッ化物結晶の育成方法。 The method for growing fluoride crystals according to claim 1, wherein a fluoride having a mass concentration of iron of less than 0.5 ppm and a mass concentration of lead of less than 1 ppm is blended as the fluoride material. 前記フッ化物結晶が、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウム、希土類フッ化物、又は、これらの混晶結晶である、請求項1又は2に記載のフッ化物結晶の育成方法。 The fluoride according to claim 1 or 2, wherein the fluoride crystal is calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, lithium fluoride, rare earth fluoride, or a mixed crystal thereof. Crystal growth method. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のフッ化物結晶の育成方法によって得られた、フッ化物結晶。 Fluoride crystals obtained by the method for growing fluoride crystals according to any one of claims 1 to 3. 請求項4に記載のフッ化物結晶からなる、光学部材。
An optical member comprising the fluoride crystal according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115852484A (en) * 2023-02-27 2023-03-28 杭州天桴光电技术有限公司 Device and method for efficiently preparing magnesium fluoride polycrystalline optical coating material

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