JP3006147B2 - Large diameter fluorite single crystal manufacturing equipment - Google Patents

Large diameter fluorite single crystal manufacturing equipment

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JP3006147B2
JP3006147B2 JP3118450A JP11845091A JP3006147B2 JP 3006147 B2 JP3006147 B2 JP 3006147B2 JP 3118450 A JP3118450 A JP 3118450A JP 11845091 A JP11845091 A JP 11845091A JP 3006147 B2 JP3006147 B2 JP 3006147B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大口径の蛍石単結晶を
製造することができる「るつぼ降下法」製造装置に関す
るものである。本発明の製造装置により製造された蛍石
単結晶は、エキシマレーザーステッパーの光学系の外、
例えば、レーザー発振装置、レーザーCVD装置、レー
ザー核融合装置などの光学系に使用される構成要素、例
えばレンズ、窓材、プリズムなどに有用である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a "crucible descent" manufacturing apparatus capable of manufacturing a large-diameter fluorite single crystal. The fluorite single crystal produced by the production apparatus of the present invention is an optical system of an excimer laser stepper,
For example, it is useful for components used in optical systems such as a laser oscillation device, a laser CVD device, and a laser fusion device, such as a lens, a window material, and a prism.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明は、上記利用分野のなかでも、主
としてエキシマレーザーステッパーの光学系用蛍石単結
晶の製造装置に関するものである。近年、ウエハ上に集
積回路パターンを描画するリソグラフィー技術が急速に
発展している。集積回路の高集積化の要求は高まるばか
りであり、その実現のためにはステッパー投影レンズの
解像力を上げてやる必要がある。投影レンズの解像力
は、使用する光の波長と、投影レンズのNA(開口数)
とに支配され、解像力を上げるためには、使用する光の
波長をより短くし、投影レンズのNAをより大きく(大
口径化)してやればよい。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for producing a fluorite single crystal for an optical system of an excimer laser stepper, among the above-mentioned fields of application. In recent years, lithography technology for drawing an integrated circuit pattern on a wafer has been rapidly developing. The demand for higher integration of integrated circuits is only increasing, and to achieve this, it is necessary to increase the resolution of the stepper projection lens. The resolution of the projection lens depends on the wavelength of light used and the NA (numerical aperture) of the projection lens.
In order to increase the resolving power, the wavelength of the light to be used may be made shorter, and the NA of the projection lens may be made larger (larger diameter).

【0003】まず光の短波長化であるが、ステッパーに
使用する波長は、すでにg線(波長436nm)、i線
(波長365nm)と進んできており、現在はi線ステ
ッパーの全盛である。この波長域までは、光学系に光学
ガラスを使用することが可能であったが、さらに波長の
短いKrFエキシマレーザー光(波長248nm)、A
rFエキシマレーザー光(波長193nm)などになる
と、光学系に光学ガラスを使用するのはその透過率から
いってもはや不可能である。
[0003] First of all, to shorten the wavelength of light, the wavelengths used for steppers have already been advanced to g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm), and currently the i-line stepper is at its peak. Up to this wavelength range, it was possible to use optical glass for the optical system, but a shorter wavelength KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), A
In the case of rF excimer laser light (wavelength 193 nm) or the like, it is no longer possible to use optical glass for the optical system because of its transmittance.

【0004】このため、エキシマレーザーステッパーの
光学系には石英ガラス又は蛍石(フッ化カルシウムCa
2 の結晶)を使用するのが一般的となっている。次に
大口径化であるが、これは単に大口径であるだけでなく
単結晶であることが望ましい。この理由を次に説明す
る。ステッパー投影レンズの解像力を上げるため、投影
レンズを構成する各レンズ単体は極限の面精度で研磨さ
れるが、多結晶になっていると結晶方位によって研磨速
度が異なるため、レンズの面精度を確保するのが困難と
なる。さらに多結晶の場合には、結晶界面に不純物が偏
析しており、レーザー照射により蛍光を発したり、 ひ
どいときには、結晶界面で発熱し、レンズが割れる場合
すらある。このような理由で、エキシマレーザーステッ
パーの投影レンズでは単結晶の蛍石が望ましいのであ
る。従来、安定的に製造されている蛍石単結晶の大きさ
は、φ120mm以下である。しかし、最近、φ150mm
〜φ250mm位の大口径の蛍石単結晶が要求されるよう
になった。
For this reason, the optical system of the excimer laser stepper includes quartz glass or fluorite (calcium fluoride Ca).
To use an F 2 crystals) has become common. Next, regarding the enlargement of the diameter, it is desirable that the crystal is not only a large diameter but also a single crystal. The reason will be described below. In order to increase the resolution of the stepper projection lens, each lens constituting the projection lens is polished with the ultimate surface accuracy, but if it is polycrystalline, the polishing speed differs depending on the crystal orientation, so the lens surface accuracy is secured It will be difficult to do. Further, in the case of polycrystal, impurities are segregated at the crystal interface, which emits fluorescence by laser irradiation. In severe cases, heat is generated at the crystal interface, and the lens may even be broken. For this reason, single crystal fluorite is desirable for the projection lens of an excimer laser stepper. Conventionally, a fluorite single crystal that has been stably manufactured has a size of 120 mm or less. However, recently, φ150mm
Fluorite single crystals having a large diameter of about 250 mm have been required.

【0005】従来、蛍石は、「るつぼ降下法(ブリッジ
マン法又はストックバーガー法と呼ばれる)」で製造さ
れており、その製造装置(炉)は、「るつぼ降下法」製
造装置と呼ばれる。この装置には、図4に示す1室タイ
プ及び図5に示す2室タイプ(米国特許第2,214,
976参照)がある。
Conventionally, fluorite has been manufactured by the "crucible descent method (called Bridgman method or Stockberger method)", and the manufacturing apparatus (furnace) is called a "crucible descent method" manufacturing apparatus. This apparatus has a one-chamber type shown in FIG. 4 and a two-chamber type shown in FIG.
976).

【0006】第4図は、1室タイプの蛍石製造装置の一
例を示す概略垂直断面図である。この装置(炉)は、主
として、炉室(7a)を形成する炉本体(7)と炉室内
に配置されたグラファイト製の側面ヒータ(5)とから
なる。炉本体(7)は、一般に水冷されたステンレス製
缶体からなる。缶体は二重円筒形であり、内部を水が循
環できる構造のものが多い。炉本体(7)の底を貫い
て、るつぼ支持棒(3)の上部が炉室(7a)に存在す
る。この支持棒(3)の上端に「るつぼ(1)」が取り
付けられる。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view showing an example of a one-chamber type fluorite manufacturing apparatus. This apparatus (furnace) mainly comprises a furnace body (7) forming a furnace chamber (7a) and a graphite side heater (5) arranged in the furnace chamber. The furnace body (7) generally comprises a water-cooled stainless steel can. The can has a double cylindrical shape, and has a structure in which water can circulate inside. Through the bottom of the furnace body (7), the upper part of the crucible support bar (3) is present in the furnace chamber (7a). A “crucible (1)” is attached to the upper end of the support bar (3).

【0007】紫外ないし真空紫外域に使用される蛍石の
場合、原料に天然蛍石をそのまま使うことは稀で、化学
合成で作られた高純度原料を使用するのが一般的であ
る。原料は粉末の形で使用してもよいが、嵩比重の関係
から熔融したときの目減りが激しいので、カレットを使
用するのが一般的である。カレットは、上記の高純度原
料粉末を一度熔融して得られた塊を粉砕して得られる。
炉の中に原料(PbF2などの微量のフッ素化剤を添加
する)を充填した「るつぼ(1)」を置き、炉内を10
-5〜10-6Torr程度の真空に保つ。次に炉温を蛍石
の融点以上、通常1390〜1450℃にまで上げ原料
を熔融する。 炉温の変動を極力防止するため、ヒータ
ー(5)の出力制御は定電力制御か、又は高精度なPI
D制御にする。このとき、炉の中心線に沿った温度分布
は、図4左側に示す通り、緩やかな山型となる。結晶成
長させるときは、0.1〜5mm/Hぐらいの速度で
「るつぼ(1)」を降下させ (場合によっては回転さ
せながら降下させる)、「るつぼ(1)」の下部の方か
ら結晶化させていく。融液最上端まで結晶化したところ
で結晶成長は終了し、そのまま炉内で結晶(インゴット
と呼ぶ)が割れないように簡単な徐冷を行う。炉温が常
温まで下がったところで、インゴットを炉から取り出す
が、このままでは残留歪が大きいため、アニールを行っ
て除歪する。得られた蛍石は、この後、目的の製品別に
適当な大きさに加工される。なお、炉内の温度分布を調
整可能にするため、図5に示す2室タイプが開発され
た。1室タイプでは炉の中心線に沿った温度分布は、図
4左側に示す1つ山型である。それに対して、2室タイ
プでは、温度分布は、図5左側に示す2つ山型である。
In the case of fluorite used in the ultraviolet or vacuum ultraviolet region, natural fluorite is rarely used as a raw material as it is, and a high-purity raw material produced by chemical synthesis is generally used. The raw material may be used in the form of powder, but cullet is generally used because the loss upon melting is severe due to the bulk specific gravity. The cullet is obtained by pulverizing a lump obtained by melting the high-purity raw material powder once.
A “crucible (1)” filled with raw materials (adding a trace amount of a fluorinating agent such as PbF 2 ) in a furnace is placed in the furnace, and the inside of the furnace is heated for 10 minutes.
A vacuum of about -5 to 10 -6 Torr is maintained. Next, the furnace temperature is raised to the melting point of fluorite or higher, usually 1390-1450 ° C., and the raw materials are melted. In order to prevent fluctuations in the furnace temperature as much as possible, the output control of the heater (5) should be constant power control or highly accurate PI
Change to D control. At this time, the temperature distribution along the center line of the furnace has a gentle mountain shape as shown on the left side of FIG. When growing the crystal, lower the “crucible (1)” at a speed of about 0.1 to 5 mm / H (in some cases, lower it while rotating), and crystallize from the lower part of the “crucible (1)”. Let me do it. When the crystal is crystallized to the uppermost end of the melt, the crystal growth is completed, and simple slow cooling is performed in the furnace without breaking the crystal (called an ingot). When the furnace temperature falls to room temperature, the ingot is taken out of the furnace. However, since the residual strain is large as it is, annealing is performed to remove the strain. The obtained fluorite is then processed into a suitable size for each target product. In order to adjust the temperature distribution in the furnace, a two-chamber type shown in FIG. 5 was developed. In the one-chamber type, the temperature distribution along the center line of the furnace is a single mountain shape shown on the left side of FIG. On the other hand, in the case of the two-chamber type, the temperature distribution is a two-ridge type shown on the left side of FIG.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、最近、要
求されるようになった大口径(φ150mm〜φ250mm
位)の蛍石単結晶を、従来の蛍石の「るつぼ降下法」製
造装置で製造することを試みた。しかしながら、従来の
装置では、大口径の蛍石単結晶が得られないと言う問題
点があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has proposed a large-diameter (φ150 mm to φ250 mm) which has recently been required.
Fluorite single crystal was manufactured by a conventional fluorite "crucible descent method" manufacturing apparatus. However, the conventional apparatus has a problem that a large-diameter fluorite single crystal cannot be obtained.

【0009】本発明の目的は、大口径の蛍石単結晶を製
造できる「るつぼ降下法」製造装置(炉)を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a "crucible descent method" manufacturing apparatus (furnace) capable of manufacturing a large-diameter fluorite single crystal.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、第
一に、炉室を形成する炉本体及び炉室内に配置された側
面ヒータからなる、蛍石の「るつぼ降下法」製造装置に
おいて、前記炉室の上部に天端ヒーターを付加したこと
を特徴とする蛍石単結晶の製造装置(請求項1の発明)
を提供する。
Therefore, the present invention firstly provides an apparatus for manufacturing a fluorite "crucible lowering method" comprising a furnace main body forming a furnace chamber and a side heater disposed in the furnace chamber. An apparatus for manufacturing a fluorite single crystal, wherein a top heater is added to the upper part of the furnace chamber (the invention of claim 1).
I will provide a.

【0011】また、第二に、炉室を形成する炉本体、該
炉室を高温側炉室と低温側炉室とに鉛直方向に2室に分
離する断熱板、該高温側炉室内に配置された第1の側面
ヒーター、及び該低温側炉室内に配置された第2の側面
ヒーターからなる、蛍石の「るつぼ降下法」製造装置に
おいて、前記高温側炉室の上部に天端ヒーターを付加し
たことを特徴とする蛍石単結晶の製造装置(請求項2の
発明)を提供する。
Second, a furnace main body forming a furnace chamber, a heat insulating plate for vertically separating the furnace chamber into a high-temperature furnace chamber and a low-temperature furnace chamber, and disposed in the high-temperature furnace chamber In the fluorite "crucible descent method" manufacturing apparatus, comprising a first side heater and a second side heater disposed in the low temperature furnace chamber, a top end heater is provided above the high temperature furnace chamber. A fluorite single crystal manufacturing apparatus characterized by the addition (invention of claim 2) is provided.

【0012】[0012]

【作用】単結晶を作るには、結晶成長速度を遅くするほ
か、結晶起点を「るつぼ」最下端の一点にするため、
「るつぼ」の内面を滑らかに仕上げる、「るつぼ」の
最下端を尖らせる(最下端に円柱孔を設け、そこに種結
晶を置く場合もある)などいくつか配慮すべき点がある
が、なかでも最も重要なのは、結晶融液中に、図6に示
すようにわずかながら上に凸の温度分布を作ることであ
る。 結晶は、等温線(等温面)に直交するように成長
していくため、上に凸の温度分布を作ることで、融液の
中央から外に向かって結晶成長させ、単結晶化を可能に
するのである。このとき、逆に、下に凸の温度分布を作
ってしまうと、結晶は外から中央に向かって成長し必ず
多結晶体となってしまう。
[Function] In order to make a single crystal, in addition to slowing down the crystal growth rate, the starting point of the crystal is set at one point at the bottom of the "crucible"
There are some points to consider, such as smoothing the inner surface of the crucible and sharpening the lowermost end of the crucible (a cylindrical hole may be provided at the lowermost end and a seed crystal may be placed there). Most important, however, is to create a slightly upwardly convex temperature distribution in the crystal melt as shown in FIG. Since the crystal grows perpendicular to the isotherm (isothermal surface), a single crystallization is made possible by growing the crystal outward from the center of the melt by creating an upwardly convex temperature distribution. You do it. On the contrary, if a downwardly convex temperature distribution is created, the crystal grows from the outside toward the center and becomes a polycrystal without fail.

【0013】図6において、「るつぼ」内の結晶融液
(4)の伝熱状態を考えてみると、融液(4)は、るつ
ぼ(1)からは主として伝導により、また、「るつぼ」
のフタ(2)からは輻射により熱を受ける。るつぼ
(1)とフタ(2)は、側面ヒーター(5)から輻射に
より加熱される。また、るつぼ(1)は、伝導により、
るつぼ支持棒(3)の方向に熱を奪われる。結局、結晶
融液(4)内の温度分布は、ヒーター(5)から「るつ
ぼ(1)」への伝熱速度Q1 、ヒーター(5)からフタ
(2)への伝熱速度Q2 、そして、るつぼ支持棒(3)
方向への伝導による伝熱Q3 の総合的なバランスにより
決定される。融液中の温度分布が上に凸になるか下に凸
になるかは、融液の周辺の温度(るつぼ(1)に接触し
ている部分の温度)に対して、相対的に融液中央の温度
が低くなるか高くなるかの問題であるから、フタ(2)
から融液(4)の液面への輻射伝熱が非常に重要となる
(輻射伝熱の理論から、対面している面からの伝熱が支
配的となる)。
In FIG. 6, considering the heat transfer state of the crystal melt (4) in the "crucible", the melt (4) is mainly conducted from the crucible (1) by conduction, and the "crucible"
Receives heat by radiation from the lid (2). The crucible (1) and the lid (2) are heated by radiation from the side heater (5). In addition, the crucible (1)
Heat is taken away in the direction of the crucible support rod (3). Eventually, the temperature distribution in the crystal melt (4) includes the heat transfer rate Q1 from the heater (5) to the "crucible (1)", the heat transfer rate Q2 from the heater (5) to the lid (2), and Crucible support rod (3)
Determined by the overall balance of heat transfer Q3 due to conduction in the direction. Whether the temperature distribution in the melt is upwardly convex or downwardly convex depends on the temperature of the melt around the melt (the temperature of the portion in contact with the crucible (1)). Since the problem is whether the temperature at the center becomes low or high, the lid (2)
From the surface of the melt (4) is very important (from the theory of radiation heat transfer, the heat transfer from the facing surface is dominant).

【0014】例えば、図7に示すように、Q3 が小さく
(熱伝導度の小さい材料で、かつ肉薄な「るつぼ」を使
用)、またQ2 に比べQ1 が非常に大きい場合には、融
液中央の温度に比べ融液周辺の温度が上がりすぎるた
め、図7のように融液の中央で降下、融液周辺で上昇の
対流が生じ、上に凸の温度分布を安定して作ることはで
きない。
For example, as shown in FIG. 7, when Q3 is small (a material having small thermal conductivity and a thin "crucible" is used) and Q1 is much larger than Q2, Since the temperature around the melt is too high as compared with the temperature of, the convection of the melt falls at the center of the melt and rises around the melt as shown in FIG. 7, and it is not possible to stably produce an upwardly convex temperature distribution. .

【0015】また、逆に、図8に示すように、Q3 が大
きく(熱伝導度の大きい材料で、かつ肉厚な「るつぼ」
を使用)、またQ1 に比べQ2 が非常に大きい場合に
は、融液周辺の温度に比べ融液中央の温度が上がりすぎ
るため、図8のように融液の周辺で降下、融液中央で上
昇の対流が生じ、やはり、上に凸の温度分布を安定して
作ることができない。フッ化カルシウムの融液の粘度
は、熔融状態で0.01ポアズ以下であり、対流は温度
分布に対して非常に敏感である。ところが、図4や図5
に示すような従来の製造装置では、Q3 こそ、るつぼ材
質や肉厚を変更することである程度可変にできるもの
の、Q1 、Q2 のバランスは装置が決まれば一義的に決
まってしまい調整できないのが実状である。大口径にな
ればなるほど、融液の温度分布決定に対してQ2 の寄与
率が高くなるのは輻射伝熱の理論から明かであり、Q1
、Q2 のバランスを調整できない従来の製造装置で
は、大口径の蛍石単結晶を製造することは事実上不可能
であった。
On the other hand, as shown in FIG. 8, Q3 is large (a material having high thermal conductivity and a thick "crucible").
If Q2 is much larger than Q1, the temperature at the center of the melt is too high compared to the temperature around the melt. As a result, rising convection occurs, and it is impossible to stably produce an upwardly convex temperature distribution. The viscosity of the calcium fluoride melt is less than 0.01 poise in the molten state, and convection is very sensitive to temperature distribution. However, FIGS. 4 and 5
In the conventional manufacturing equipment as shown in Fig. 1, although Q3 can be varied to some extent by changing the material and thickness of the crucible, the balance between Q1 and Q2 is determined uniquely once the equipment is determined and cannot be adjusted. It is. It is clear from the theory of radiative heat transfer that the larger the diameter, the higher the contribution of Q2 to the determination of the temperature distribution of the melt.
It is virtually impossible to produce a large diameter fluorite single crystal with a conventional production apparatus in which the balance of Q2 and Q2 cannot be adjusted.

【0016】それに対して、本発明に従い、天端ヒータ
ーを設けることにより、Q1 、Q2のバランスを調整で
きるようになり、大口径の蛍石単結晶を製造することが
可能になった。以下、実施例により本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
On the other hand, by providing a top heater according to the present invention, the balance between Q1 and Q2 can be adjusted, and a large-diameter fluorite single crystal can be manufactured. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0017】[0017]

【実施例1】・・・・請求項1の発明の例 図1は、本実施例にかかる製造装置(1室タイプ)の概
略縦断面図である。この装置は、図4と同じく主とし
て、炉室(7a)を形成する炉本体(7)と炉室内に配
置されたグラファイト製の側面ヒーター(5)とからな
る。 炉本体(7)は、一般に水冷されたステンレス製
缶体からなる。缶体は二重円筒形であり、内部を水が循
環できる構造を有する。炉本体(7)の底を貫いて、る
つぼ支持棒(3)の上部が炉室(7a)に存在する。こ
の支持棒(3)の上端に「るつぼ(1)」が取り付けら
れる。 炉本体(7)の内側には、熱遮断板(6)例え
ば、研磨されたモリブデン板が配置されており、熱損失
を減らすとともに炉本体(7)を高熱から守っている。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a manufacturing apparatus (one-chamber type) according to the present embodiment. This apparatus mainly comprises a furnace body (7) forming a furnace chamber (7a) and a graphite side heater (5) arranged in the furnace chamber as in FIG. The furnace body (7) generally comprises a water-cooled stainless steel can. The can body has a double cylindrical shape, and has a structure in which water can circulate. Through the bottom of the furnace body (7), the upper part of the crucible support bar (3) is present in the furnace chamber (7a). A “crucible (1)” is attached to the upper end of the support bar (3). A heat shield plate (6), for example, a polished molybdenum plate, is disposed inside the furnace body (7) to reduce heat loss and protect the furnace body (7) from high heat.

【0018】この装置では、本発明の特徴である天端ヒ
ーター(9)が、炉室(7a)の上部に取り付けられて
いる。天端ヒーター(9)は当然のことながら、側面ヒ
ーター(5)とは独立に制御される。
In this apparatus, the top heater (9), which is a feature of the present invention, is mounted on the upper part of the furnace chamber (7a). The top heater (9) is, of course, controlled independently of the side heater (5).

【0019】[0019]

【実施例2】・・・・請求項2の発明の例 図2は、本実施例にかかる製造装置(2室タイプ)の概
略縦断面図である。この装置は、図5と同じく主とし
て、炉室を形成する炉本体(7)、該炉室を高温側炉室
(7b)と低温側炉室(7c)とに鉛直方向に2室に分
離する断熱板(10)、該高温側炉室内に配置された第
1の側面ヒーター(5b)、及び該低温側炉室内に配置
された第2の側面ヒーター(5c)からなる。炉本体
(7)は一般に水冷されたステンレス製缶体からなる。
缶体は二重円筒形であり、内部を水が循環できる構造を
有する。炉本体(7)の底を貫いて、るつぼ支持棒
(3)の上部が炉室(7a)に存在する。この支持棒
(3)の上端に「るつぼ(1)」が取り付けられる。断
熱板(10)は、一般にはグラファイトで作られるが、
場合により、研磨したモリブデン板も断熱板として使用
される。
Second Embodiment FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of a manufacturing apparatus (two-chamber type) according to the present embodiment. This apparatus mainly separates a furnace body (7) forming a furnace chamber into two chambers in a vertical direction into a high-temperature furnace chamber (7b) and a low-temperature furnace chamber (7c) as in FIG. It comprises a heat insulating plate (10), a first side heater (5b) arranged in the high temperature furnace chamber, and a second side heater (5c) arranged in the low temperature furnace chamber. The furnace body (7) generally comprises a water-cooled stainless steel can.
The can body has a double cylindrical shape, and has a structure in which water can circulate. Through the bottom of the furnace body (7), the upper part of the crucible support bar (3) is present in the furnace chamber (7a). A “crucible (1)” is attached to the upper end of the support bar (3). The insulation plate (10) is generally made of graphite,
Optionally, a polished molybdenum plate is also used as a heat insulating plate.

【0020】本装置では、本発明の特徴である天端ヒー
ター(9)が、高温側炉室(7b)の上部に取り付けら
れている。天端ヒーター(9)、第1の側面ヒーター(5
b)及び第2の側面ヒーター(5c)は、当然のことな
がら、独立に制御される。
In this apparatus, the top heater (9), which is a feature of the present invention, is attached to the upper part of the high-temperature furnace chamber (7b). Top end heater (9), first side heater (5
b) and the second side heater (5c) are, of course, independently controlled.

【0021】[0021]

【実施例3】・・・・請求項2の発明の例 図3は、本実施例にかかる製造装置(2室タイプ)の概
略縦断面図である。本装置は、実施例2(図2)と同じ
であるが、低温側炉室(7c)の下部に、底部ヒーター
(11)とその下に熱電対(8b)が取り付けられてい
る点だけが相違する。
Third Embodiment FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of a manufacturing apparatus (two-chamber type) according to the present embodiment. This apparatus is the same as that of the second embodiment (FIG. 2), except that a bottom heater (11) and a thermocouple (8b) below the bottom heater (11b) are attached to the lower part of the low-temperature furnace chamber (7c). Different.

【0022】第1の側面ヒーター(5b)、第2の側面
ヒーター(5c)、天端ヒーター(9)及び底部ヒータ
ー(11)は、当然のことながら、それぞれ独立に制御
される。原料を満たした「るつぼ(1)」を 最初に高
温側炉室(7b)の中にセットし、全部のヒーターに通
電することにより真空中で原料を熔融する。純粋なフッ
化カルシウムの融点は1373℃であり、熱電対(8
c)の表示温度をそれよりやや低めの1350〜136
0℃になるように高温側炉室(7b)と低温側炉室(7
c)の温度を調節する。融点1373℃を高温側炉室内
にもっていくのは、低温側炉室内にもっていくと融点1
373℃の等温線(等温面)、すなわち、結晶〜融液界
面の形状が下に凸になってしまうからである。通常、高
温側炉室(7b)の温度(熱電対8dの表示値)は融点
より50℃ほど高めに、低温側炉室(7c)の温度(熱
電対8eの表示値)は融点より50〜100℃ほど低め
になるように調節する。このとき高温側炉室(7b)に
おいて、第1の側面ヒーター(5b)と天端ヒーター
(9)の出力バランスの最適化をはかる(実際には熱電
対(8f、8a)の温度設定によりバランスの最適化を
行う)ことにより、るつぼ(1)内の結晶融液(4)中
にわずかながら上に凸の温度分布を作ることができる。
The first side heater (5b), the second side heater (5c), the top heater (9) and the bottom heater (11) are, of course, independently controlled. The "crucible (1)" filled with the raw materials is first set in the high-temperature furnace chamber (7b), and all the heaters are energized to melt the raw materials in a vacuum. The melting point of pure calcium fluoride is 1373 ° C., and a thermocouple (8
The indicated temperature of c) is slightly lower than 1350 to 136.
The high temperature furnace chamber (7b) and the low temperature furnace chamber (7
Adjust the temperature of c). The reason for bringing the melting point of 1373 ° C. into the high temperature furnace chamber is that the melting point of 1
This is because the isotherm at 373 ° C. (isothermal surface), that is, the shape of the interface between the crystal and the melt becomes convex downward. Normally, the temperature of the high-temperature furnace chamber (7b) (the indicated value of the thermocouple 8d) is set to about 50 ° C. higher than the melting point, and the temperature of the low-temperature furnace chamber (7c) (the indicated value of the thermocouple 8e) is 50 to 50 ° C. Adjust so that it is lower by about 100 ° C. At this time, in the high temperature furnace chamber (7b), the output balance between the first side heater (5b) and the top heater (9) is optimized (actually, the balance is set by setting the temperature of the thermocouples (8f, 8a)). By performing the above optimization, a slightly upwardly convex temperature distribution can be formed in the crystal melt (4) in the crucible (1).

【0023】原料熔融後、一定時間保持した後、このよ
うな温度分布をもつ炉の中で、支持棒(3)を下げるこ
とにより、るつぼ(1)を降下させ(場合によっては回
転させながら降下させる)結晶成長させることで、目的
物である大口径の蛍石単結晶の製造が可能となる。さ
て、本実施例において、天端ヒーター(9)が存在する
ことで、さらに次のような応用も可能である。
After the raw material is melted and held for a certain period of time, the supporting rod (3) is lowered in a furnace having such a temperature distribution to lower the crucible (1) (in some cases, while rotating). By performing crystal growth, it is possible to produce a large-diameter fluorite single crystal as an object. Now, in the present embodiment, the presence of the top heater (9) allows the following applications to be further applied.

【0024】結晶製造においては、炉温の変動を極力抑
えるために、 ヒーターの出力制御は、定電力制御か高
精度なPID制御にするのが一般的である。しかし、図
4及び図5に示す従来の製造装置においては、結晶成長
に伴い「るつぼ(1)」が降下して行くと炉内の温度分
布が微妙に変化していく。特に側面ヒーター(5)、
(5b)からフタ(2)への輻射伝熱速度Q2 は、るつ
ぼ(1)の降下に伴い大きくなっていく。そのため、結
晶成長に伴い、融液(4)の中には下に凸の温度分布が
次第にでき易くなっていき、これまでインゴットは上部
ほど多結晶になる傾向が強かった。この場合、結晶界面
を含まないように加工(除去)すれば、単結晶を取り出
すことができるが、この単結晶は、口径の小さいもので
ある。
In crystal production, the heater output is generally controlled by constant power control or high-precision PID control in order to minimize fluctuations in furnace temperature. However, in the conventional manufacturing apparatus shown in FIGS. 4 and 5, as the “crucible (1)” descends as the crystal grows, the temperature distribution in the furnace slightly changes. Especially the side heater (5),
The radiation heat transfer speed Q2 from (5b) to the lid (2) increases as the crucible (1) descends. For this reason, with the crystal growth, a downwardly convex temperature distribution gradually becomes easier to be formed in the melt (4), and in the past, the upper part of the ingot had a strong tendency to become polycrystalline. In this case, if processing (removal) is performed so as not to include the crystal interface, a single crystal can be taken out, but this single crystal has a small diameter.

【0025】しかし、本発明に従い、天端ヒーター
(9)を設けると、るつぼ(1)の降下にともないヒー
ター(9)の出力をプログラム制御で落としていく(実
際には、熱電対(8a)の制御温度の設定値をプログラ
ムで下げていく)ことが可能で、融液(4)中に下に凸
の温度分布を作ることなしに結晶成長を完了させること
ができる。その結果、インゴットは全て単結晶となる。
従って、それは大口径となり、また、収率も高くなる。
このことは、実施例1、2でも同じである。
However, when the top heater (9) is provided according to the present invention, the output of the heater (9) is reduced by program control as the crucible (1) is lowered (actually, the thermocouple (8a) Can be lowered by a program), and the crystal growth can be completed without forming a downwardly convex temperature distribution in the melt (4). As a result, all ingots become single crystals.
Therefore, it has a large diameter and a high yield.
This is the same in the first and second embodiments.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、天端ヒーターを設けた
ことで、結晶成長中、融液(4)内に上に凸の温度分布
を安定してつくることが可能となり、大口径の蛍石単結
晶を製造することが可能となる。これまでは、口径φ1
50mmの蛍石単結晶を得ることすら困難であったが、本
発明により、φ200mm級の大口径蛍石単結晶を安定し
て製造することが可能となる。既述のように、大口径に
なればなるほど本発明の製造装置の利点が生かされる。
According to the present invention, the provision of the top heater makes it possible to stably form an upwardly convex temperature distribution in the melt (4) during crystal growth, and to provide a large-diameter heater. Fluorite single crystals can be produced. Until now, diameter φ1
Although it was difficult even to obtain a fluorite single crystal of 50 mm, the present invention makes it possible to stably produce a large-diameter fluorite single crystal of φ200 mm class. As described above, the larger the diameter, the more the advantages of the manufacturing apparatus of the present invention can be utilized.

【0027】従って、本発明の装置で製造される蛍石単
結晶は、エキシマレーザーステッパーの光学系を構成す
る素材として、極めて有用である。
Therefore, the fluorite single crystal produced by the apparatus of the present invention is extremely useful as a material constituting an optical system of an excimer laser stepper.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】は、本発明の実施例1にかかる製造装置の概略
垂直断面図である。左側に装置(炉)の鉛直方向の中心
線に沿った炉室温度分布を付加してある。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. The furnace chamber temperature distribution along the vertical center line of the apparatus (furnace) is added to the left side.

【図2】は、本発明の実施例2にかかる製造装置の概略
垂直断面図である。左側に装置(炉)の鉛直方向の中心
線に沿った炉室温度分布を付加してある。
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of a manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. The furnace chamber temperature distribution along the vertical center line of the apparatus (furnace) is added to the left side.

【図3】は、本発明の実施例3にかかる製造装置の概略
垂直断面図である。左側に装置(炉)の鉛直方向の中心
線に沿った炉室温度分布を付加してある。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention. The furnace chamber temperature distribution along the vertical center line of the apparatus (furnace) is added to the left side.

【図4】は、従来の1室タイプの製造装置の概略垂直断
面図である。左側に装置(炉)の鉛直方向の中心線に沿
った炉室温度分布を付加してある。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a conventional one-chamber type manufacturing apparatus. The furnace chamber temperature distribution along the vertical center line of the apparatus (furnace) is added to the left side.

【図5】は、従来の2室タイプの製造装置の概略垂直断
面図である。左側に装置(炉)の鉛直方向の中心線に沿
った炉室温度分布を付加してある。
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a conventional two-chamber type manufacturing apparatus. The furnace chamber temperature distribution along the vertical center line of the apparatus (furnace) is added to the left side.

【図6】は、「るつぼ」の概略垂直断面と融液(原料が
熔けたもの)の温度分布を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a schematic vertical cross section of a “crucible” and a temperature distribution of a melt (in which raw materials are melted).

【図7】は、「るつぼ」の概略垂直断面と融液(原料が
熔けたもの)の温度分布を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a schematic vertical cross section of a “crucible” and a temperature distribution of a melt (a material in which a raw material is melted).

【図8】は、「るつぼ」の概略垂直断面と融液(原料が
熔けたもの)の温度分布を示す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a schematic vertical cross section of a “crucible” and a temperature distribution of a melt (where the raw material is melted).

【主要部分の符号の説明】[Explanation of Signs of Main Parts]

3・・・・るつぼ支持棒 1・・・・る
つぼ 5・・・・側面ヒーター 2・・・・る
つぼのフタ 5b・・・第1の側面ヒーター 4・・・・原
料融液 5c・・・第2の側面ヒーター 6・・・・熱遮断板 7・・・・炉本体 7a・・・炉室 7b・・・高温側炉室 7c・・・低温側炉室 8、8a〜8h・・・・熱電対(温度計の一部) 9・・・・天端ヒーター 10・・・断熱板 11・・・底部ヒーター 以上
3 Crucible support rod 1 Crucible 5 Side heater 2 Crucible lid 5b First side heater 4 Material melt 5c 2nd side heater 6 ··· thermal insulation plate 7 ··· furnace main body 7a ··· furnace room 7b ··· high temperature side furnace room 7c ··· low temperature side furnace room 8, 8a to 8h ···・ Thermocouple (part of thermometer) 9 ・ ・ ・ ・ Top heater 10 ・ ・ ・ Insulation plate 11 ・ ・ ・ Bottom heater

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炉室を形成する炉本体及び炉室内に配置
された側面ヒータからなる、蛍石の「るつぼ降下法」製
造装置において、前記炉室の上部に天端ヒーターを付加
したことを特徴とする蛍石単結晶の製造装置。
1. A fluorite "crucible descent method" manufacturing apparatus comprising a furnace main body forming a furnace chamber and a side heater disposed in the furnace chamber, wherein a top heater is added to an upper portion of the furnace chamber. Characteristic fluorite single crystal manufacturing equipment.
【請求項2】 炉室を形成する炉本体、該炉室を高温側
炉室と低温側炉室とに鉛直方向に2室に分離する断熱
板、該高温側炉室内に配置された第1の側面ヒーター、
及び該低温側炉室内に配置された第2の側面ヒーターか
らなる、蛍石の「るつぼ降下法」製造装置において、前
記高温側炉室の上部に天端ヒーターを付加したことを特
徴とする蛍石単結晶の製造装置。
2. A furnace main body forming a furnace chamber, a heat insulating plate for vertically separating the furnace chamber into a high-temperature furnace chamber and a low-temperature furnace chamber, and a first heat treatment chamber disposed in the high-temperature furnace chamber. Side heater,
And a fluorite "crucible descent method" manufacturing apparatus comprising a second side heater disposed in the low temperature furnace chamber, wherein a top heater is added to an upper portion of the high temperature furnace chamber. Stone single crystal manufacturing equipment.
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