JP4463730B2 - Method for producing metal fluoride single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、フッ化金属単結晶の製造方法に係る。より詳しくは、半導体製造装置の光学部材として有用な、真空紫外領域の120〜200nmにおける光透過率の改良されたフッ化金属単結晶の製造方法に係る。   The present invention relates to a method for producing a metal fluoride single crystal. More specifically, the present invention relates to a method for producing a metal fluoride single crystal having an improved light transmittance in a vacuum ultraviolet region of 120 to 200 nm, which is useful as an optical member of a semiconductor production apparatus.

フッ化カルシウムや、フッ化バリウム等のフッ化金属の単結晶体は、広範囲の波長帯域にわたって高い透過率を有し、低分散で化学的安定性にも優れることから、紫外波長または真空紫外波長のレーザを用いた各種機器、カメラ、CVD装置等のレンズ、窓材等の光学材料として需要が広がってきている。とりわけ、フッ化カルシウム単結晶体は、光リソグラフィー技術において次世代の短波長光源として開発が進められているArFレーザ(193nm)やFレーザ(157nm)での光源の窓材、光源系レンズ、投影系レンズとして期待が寄せられている。 Single crystals of metal fluorides such as calcium fluoride and barium fluoride have high transmittance over a wide wavelength band, low dispersion and excellent chemical stability. Demand is growing as optical materials such as various devices using a laser, lenses for cameras, CVD devices, and window materials. In particular, a calcium fluoride single crystal is a light source window material, a light source lens, an ArF laser (193 nm) or an F 2 laser (157 nm), which is being developed as a next-generation short wavelength light source in the photolithography technology. Expectation is expected as a projection system lens.

従来、こうしたフッ化金属の単結晶体は、原料となるフッ化金属を一旦高温で融解して溶融液として、そこから結晶成長させて単結晶を得る方法で製造されてきた。このような融液成長で単結晶を製造する方法としては、代表的には坩堝降下法(ブリッジマン法と通称される)と単結晶引上げ法(チョクラルスキー法と通称される)が挙げられる。坩堝降下法とは、坩堝中の単結晶製造原料の溶融液を、坩堝ごと徐々に下降させながら冷却することにより、坩堝中に単結晶を育成させる方法である。一方、単結晶引上げ法とは、坩堝中の単結晶製造原料の溶融液面に、目的とする単結晶からなる種結晶を接触させ、次いで、その種結晶を坩堝の加熱域から徐々に引上げて冷却することにより、該種結晶の下方に単結晶を育成させる方法である。この方法で生じた単結晶は種結晶の部分のみが固定されており、他の部分が坩堝等と接触していないため、得られた単結晶が常に坩堝内壁と接触する坩堝降下法で得られる単結晶よりも歪みが小さいという利点がある。また優先成長方位である<111>方位以外の方位の単結晶を製造することが困難である坩堝降下法と異なり、単結晶引上げ法では、種結晶の結晶方位を選択することにより任意の結晶方位の単結晶を得ることができる。さらに大型の単結晶を成長させようとした場合、坩堝降下法では坩堝内壁に接した部分から不純物が混入、核となって部分的に多結晶化することが多く、その点でも単結晶引上げ法は優れた方法である(例えば、特許文献1、2参照)。   Conventionally, such a single crystal of a metal fluoride has been manufactured by a method in which a metal fluoride as a raw material is once melted at a high temperature to obtain a single crystal by growing a crystal from the melt. Typical methods for producing a single crystal by such melt growth include a crucible descent method (commonly referred to as the Bridgeman method) and a single crystal pulling method (commonly referred to as the Czochralski method). . The crucible lowering method is a method for growing a single crystal in a crucible by cooling a molten liquid of a single crystal production raw material in the crucible while gradually lowering the entire crucible. On the other hand, in the single crystal pulling method, a seed crystal consisting of a target single crystal is brought into contact with the melt surface of the single crystal production raw material in the crucible, and then the seed crystal is gradually pulled from the heating area of the crucible. In this method, a single crystal is grown under the seed crystal by cooling. The single crystal produced by this method is obtained by the crucible descent method in which only the seed crystal part is fixed and the other part is not in contact with the crucible or the like, so that the obtained single crystal is always in contact with the crucible inner wall. There is an advantage that distortion is smaller than that of a single crystal. In addition, unlike the crucible descent method, in which it is difficult to produce a single crystal with a direction other than the <111> orientation, which is the preferred growth orientation, the single crystal pulling method has an arbitrary crystal orientation by selecting the crystal orientation of the seed crystal. Can be obtained. When trying to grow a larger single crystal, in the crucible descent method, impurities often enter from the part in contact with the inner wall of the crucible and become a polycrystal partially as a nucleus. Is an excellent method (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、このような融液成長によりフッ化金属単結晶を製造する場合には、フッ化金属原料に含まれる種々の不純物を予め除去しておくことが、良質な単結晶を得るためには重要である。そのため、結晶成長を行うに先立ち、フッ化金属原料とスカベンジャーを混合、加熱融解させ不純物を除去して精製する工程が行われる。さらに、該スカベンジャーを結晶成長工程やアニール工程で用いる場合もある(例えば、特許文献3〜5参照)。   On the other hand, when producing a metal fluoride single crystal by such melt growth, it is important to remove various impurities contained in the metal fluoride raw material in advance in order to obtain a good quality single crystal. It is. Therefore, prior to crystal growth, a metal fluoride raw material and a scavenger are mixed, heated and melted to remove impurities and purify. Further, the scavenger may be used in a crystal growth process or an annealing process (see, for example, Patent Documents 3 to 5).

特開2004−182588号公報JP 2004-182588 A 特開2005−029455号公報JP 2005-029455 A 特開平09−227293号公報JP 09-227293 A 特開平09−315893号公報JP 09-315893 A 特開2004−262754号公報JP 2004-262754 A

しかしながら、これら融液成長法により製造されるフッ化金属のアズグロウン単結晶体では、真空紫外領域の120〜200nmにおける光透過率(以下、単にVUV透過率と称す)が良好なものを安定的に製造することができず、特に結晶引上げ法により製造されるフッ化金属のアズグロウン単結晶体では、前記したような短波長の光を利用する際の光学材料として十分な性能を有するものの歩留まりは極めて低かった。   However, in the as-grown single crystal of metal fluoride produced by the melt growth method, those having good light transmittance at 120 to 200 nm in the vacuum ultraviolet region (hereinafter simply referred to as VUV transmittance) are stably used. In particular, the as-grown single crystal of metal fluoride produced by the crystal pulling method cannot be produced, and has a sufficient performance as an optical material when using light with a short wavelength as described above. It was low.

VUV透過率が低くなる原因は明確ではないが、結晶成長過程で取り込まれる不純物の存在が考えられる。坩堝降下法では、通常は10−5torr以下という高真空下で結晶成長を行わせるのに対し、単結晶引上げ法では、そのような高真空にすると、坩堝内の融液表面からの揮発量が多くなって様々なトラブルを生じる可能性があり、常圧近辺で行うのが一般的である。そのため単結晶引上げ法では坩堝降下法と比較して、より不純物の残存が生じやすく、よって、VUV透過率が低いものが生じやすくなるものと推測される。 The cause of the low VUV transmittance is not clear, but the presence of impurities taken in during the crystal growth process is considered. In the crucible descent method, crystal growth is usually performed under a high vacuum of 10 −5 torr or less, whereas in the single crystal pulling method, when such a high vacuum is used, the amount of volatilization from the melt surface in the crucible This may cause various troubles, and is generally performed near normal pressure. For this reason, it is presumed that the single crystal pulling method is more likely to cause impurities to remain than the crucible descent method, and therefore, it is likely to generate a low VUV transmittance.

本発明者等は真空紫外領域用の光学材料として使用可能な、VUV透過率に優れたフッ化金属単結晶を安定的に製造する方法につき種々検討を行った。そして、結晶引上げ法では、結晶引上げのための空間が必要なために坩堝の開口部が広く、単結晶成長炉内の坩堝内部以外の部分に存在(吸着など)していた不純物が、結晶育成時の加熱により揮発・拡散して、その一部が坩堝内の融液に混入しやすく、よって得られるフッ化金属単結晶のVUV透過率が低下する場合が多いのではないかと考え、この坩堝内部以外の部分に存在する不純物を効率的に除去する方法について鋭意検討し、その結果、本発明を完成した。   The present inventors conducted various studies on methods for stably producing a metal fluoride single crystal excellent in VUV transmittance that can be used as an optical material for the vacuum ultraviolet region. In the crystal pulling method, since a space for crystal pulling is required, the opening of the crucible is wide, and impurities existing in the portion other than the inside of the crucible in the single crystal growth furnace (adsorption, etc.) This crucible is considered to be volatilized and diffused by heating at times, and that some of it is likely to be mixed into the melt in the crucible, and thus the VUV transmittance of the resulting metal fluoride single crystal is often reduced. The present inventors completed the present invention as a result of intensive studies on a method for efficiently removing impurities existing in portions other than the inside.

即ち、本発明は、フッ化金属単結晶を融液成長により製造する方法において、単結晶成長炉にフッ化金属原料を投入するに先立ち、該成長炉を、その電気陰性度が前記フッ化金属を構成する金属元素よりも大きくかつ酸素よりも小さい元素のフッ化物であって、水と反応し得るフッ化物の存在下に加熱する工程を行った後、該成長炉内部が外気と接触しない状態を保持したまま該成長炉内にフッ化金属原料を投入することを特徴とする前記フッ化金属単結晶の製造方法である。 That is, according to the present invention, in a method for producing a metal fluoride single crystal by melt growth, prior to introducing a metal fluoride raw material into a single crystal growth furnace, the growth furnace has an electronegativity of the metal fluoride. A state in which the inside of the growth furnace is not in contact with the outside air after performing a heating step in the presence of a fluoride that is larger than the metal element constituting the element and smaller than oxygen and capable of reacting with water The method for producing a metal fluoride single crystal is characterized in that a metal fluoride raw material is introduced into the growth furnace while maintaining

また他の発明は、上記加熱する工程の少なくとも一部を減圧下に行う前記フッ化金属単結晶の製造方法であるFurther another aspect of the present invention, at least a portion of the manufacturing method of the metal fluoride monocrystal carried out under reduced pressure of the heating step.

本発明によれば、VUV透過率が良好なフッ化金属単結晶を容易かつ安定的に歩留まりよく製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal fluoride single crystal with favorable VUV transmittance | permeability can be manufactured easily and stably with a sufficient yield.

特に本発明の方法は、大口径でかつ内部応力や結晶歪等が少ない結晶が得られる一方で、VUV透過率の低いものになりがちであった単結晶引上げ法によるフッ化金属単結晶の製造に適用すれば、上記次世代光リソグラフィー技術用の光学材料として極めて優れた物性を有するフッ化金属単結晶を、再現性良く安定的に製造することが可能となる。   In particular, the method of the present invention produces a metal fluoride single crystal by a single crystal pulling method that tends to have a large diameter and low internal stress, crystal distortion, etc., but tends to have a low VUV transmittance. When applied to the above, it becomes possible to stably produce a metal fluoride single crystal having extremely excellent physical properties as an optical material for the next-generation photolithography technology.

また坩堝降下法においても、高温での蒸気圧が高く結晶成長時に真空度を高くすることが困難なフッ化金属の単結晶を製造する場合に、本発明の製造方法は特に高い効果を発揮する。   Also in the crucible lowering method, the production method of the present invention exhibits a particularly high effect when producing a metal fluoride single crystal having a high vapor pressure at a high temperature and it is difficult to increase the degree of vacuum during crystal growth. .

本発明は、融液成長法で単結晶化が可能な如何なるフッ化金属単結晶の製造方法にも適用できる。当該フッ化金属を具体的に例示すると、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウムリチウム、フッ化マグネシウムカリウム、フッ化アルミニウムリチウム、フッ化カルシウムストロンチウム、フッ化カリウムマグネシウム、フッ化ストロンチウムリチウム、フッ化セシウムカルシウム、フッ化リチウムカルシウムアルミニウム、フッ化リチウムストロンチウムアルミニウム、フッ化ランタノイド類等が挙げられる。   The present invention can be applied to any method for producing a metal fluoride single crystal that can be crystallized by a melt growth method. Specific examples of the metal fluoride include lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, aluminum fluoride, and barium fluoride. Lithium, potassium magnesium fluoride, lithium aluminum fluoride, calcium strontium fluoride, potassium magnesium fluoride, lithium strontium fluoride, cesium calcium fluoride, lithium calcium calcium fluoride, lithium strontium aluminum fluoride, lanthanoid fluoride, etc. Can be mentioned.

上記フッ化金属のなかでも、本発明により得られる効果に対する要求の大きい短波長でのリソグラフィー用光学材料として用いられることが多いフッ化カルシウム、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等のフッ化アルカリ土類金属類や、フッ化バリウムリチウム、フッ化リチウムカルシウムアルミニウム等の製造に適用することが好ましく、フッ化アルカリ土類金属類に適用することがより好ましく、なかでもフッ化カルシウムを対象とすると本発明の効果が特に顕著である。   Among the above metal fluorides, fluorides such as calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, and strontium fluoride, which are often used as optical materials for lithography at a short wavelength, which are highly demanded for the effects obtained by the present invention. It is preferably applied to the production of alkaline earth metal fluorides, barium lithium fluoride, lithium calcium calcium aluminum, etc., more preferably applied to alkaline earth metal fluorides, especially calcium fluoride Then, the effect of the present invention is particularly remarkable.

本発明の製造方法では上記フッ化金属を一旦加熱融解させ、この融液から単結晶を得る融液成長法によりフッ化金属の単結晶を得る。該融液成長法としては、結晶引上げ法(チョクラルスキー法)、坩堝降下法(ブリッジマン法)、帯溶融法(ゾーンメルティング法)、浮遊帯溶融法(フローティングゾーン法)等があるが、本発明の効果が顕著に得られる点で、結晶引上げ法であることが特に好ましい。以下、主に結晶引上げ法を例にとって本発明をより詳しく説明する。   In the production method of the present invention, the metal fluoride is once melted by heating, and a single crystal of the metal fluoride is obtained by a melt growth method in which a single crystal is obtained from the melt. Examples of the melt growth method include a crystal pulling method (Czochralski method), a crucible descent method (Bridgeman method), a zone melting method (zone melting method), and a floating zone melting method (floating zone method). The crystal pulling method is particularly preferable in that the effect of the present invention is remarkably obtained. Hereinafter, the present invention will be described in more detail mainly using a crystal pulling method as an example.

図1に結晶引上げ法に用いられる代表的な構造の単結晶成長炉(結晶引上げ装置と呼ばれる場合も多い)の模式図を示す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a single crystal growth furnace (often called a crystal pulling apparatus) having a typical structure used in the crystal pulling method.

図1に示した単結晶成長炉では、チャンバー(1)内において、支持軸(2)に支えられた受け台(3)上に、内部にフッ化金属原料の溶融液(10)が収容される坩堝(4)が載置されており、該坩堝(4)の周囲には、加熱ヒーター(5)が設けられ、さらに、加熱ヒーター(5)を環囲して断熱材壁(6)が設けられており、坩堝(4)の下方にも底部断熱材(17)が設けられている。上記支持軸(2)は、坩堝の回転が可能なように回動可能な構造としておくことも好ましい。   In the single crystal growth furnace shown in FIG. 1, in the chamber (1), a molten liquid (10) of a metal fluoride raw material is accommodated on a cradle (3) supported by a support shaft (2). A crucible (4) is placed on the crucible (4), and a heater (5) is provided around the crucible (4). Further, a heat insulating material wall (6) surrounds the heater (5). A bottom heat insulating material (17) is also provided below the crucible (4). It is also preferable that the support shaft (2) has a rotatable structure so that the crucible can be rotated.

通常、加熱ヒーター(5)の上端の高さは、坩堝(4)の上端の高さとほぼ同程度か、これを少し上回る程度の高さであるのが好ましい。また、断熱材壁(6)は、坩堝(4)の下端から上端までを環囲していればよいが、引上げられた単結晶体をゆっくり冷却する観点からは、該坩堝(4)の上方における、フッ化金属単結晶体(11)が引上げられる空間までも環囲しているのが好ましい。   Usually, the height of the upper end of the heater (5) is preferably approximately the same as or slightly higher than the height of the upper end of the crucible (4). The heat insulating material wall (6) may surround the crucible (4) from the lower end to the upper end. From the viewpoint of slowly cooling the pulled single crystal, It is preferable that the metal fluoride single crystal (11) is surrounded by a space.

さらに、加熱ヒーター(5)と坩堝(4)の外壁との間には、ヒーターよりの輻射熱を均一化する目的で、隔離壁(15)を周設しても良い。そして、該加熱ヒーター(5)の熱が上方に逃失するのが防止するために、隔離壁(15)の上端を、加熱ヒーター(5)の上端よりも高くし、該上端と断熱材壁(9)との間に、隔離壁(15)と断熱材壁(6)との間隙を閉塞するリッド材(14)を横架し、この間隙を閉塞させるのが好ましい。   Further, an isolation wall (15) may be provided between the heater (5) and the outer wall of the crucible (4) for the purpose of uniformizing radiant heat from the heater. In order to prevent the heat of the heater (5) from escaping upward, the upper end of the isolation wall (15) is made higher than the upper end of the heater (5), and the upper end and the heat insulating material wall It is preferable that a lid member (14) for closing the gap between the isolation wall (15) and the heat insulating material wall (6) is placed between (9) and the gap is closed.

一方、坩堝(4)の中心軸上には、先端に種結晶(7)の保持具(8)が取り付けられた回転可能な単結晶引上げ棒(9)が吊設されている。この種結晶(7)は、坩堝(4)内のフッ化金属原料の溶融液(10)に下端面が接触された後に引上げられ、下方に単結晶体(11)が育成する。また、上記支持軸(2)の下端は、チャンバー(1)の底壁を貫通してチャンバー外へ伸びており、図示はしていないが冷却器と接した後、坩堝を上下動および必要に応じて回転させるための機構に接続されている。また、結晶の成長状況を視認するための覗き窓(12)を設けておくことも好ましい。さらに単結晶成長炉内の雰囲気を制御するために、ガス導入/排出孔(図示しない)が設けられていることが好ましい。こうした基本構造を備えた単結晶成長炉の中でも、本発明の方法によりフッ化金属単結晶体(11)を製造するに際しては、例えば、特開2004−182587号に記載される装置が、単結晶引上げ域における温度分布の均一性が良く、インゴットをクラックの発生なく良好に製造できるため好ましい。   On the other hand, on the center axis of the crucible (4), a rotatable single crystal pulling rod (9) having a holder (8) for a seed crystal (7) attached at the tip is suspended. The seed crystal (7) is pulled up after the lower end surface is brought into contact with the molten metal fluoride raw material (10) in the crucible (4), and a single crystal (11) is grown downward. The lower end of the support shaft (2) penetrates the bottom wall of the chamber (1) and extends outside the chamber. Although not shown, the crucible is moved up and down after contacting the cooler. It is connected to a mechanism for rotating it accordingly. It is also preferable to provide a viewing window (12) for visually confirming the crystal growth state. Further, in order to control the atmosphere in the single crystal growth furnace, it is preferable to provide gas introduction / exhaust holes (not shown). Among the single crystal growth furnaces having such a basic structure, when producing a metal fluoride single crystal (11) by the method of the present invention, for example, an apparatus described in JP-A No. 2004-182587 is a single crystal. The uniformity of the temperature distribution in the pulling region is good, and the ingot can be manufactured satisfactorily without cracks, which is preferable.

さらに本発明の製造方法を適用するに際しては、本発明者らが特願2004−370658号として既に提案した、上記坩堝(4)を外坩堝(4a)と内坩堝(4b)からなる二重構造坩堝(4’)とすることが特に好ましい。該構造の坩堝を採用すれば、引上げの開始から終了までを、フッ化金属原料の溶融液の深さを一定に保ちながら単結晶の育成を行うことができる。これは、引上げる単結晶体が大型、特に、直胴部の直径が150mm以上であり、直胴部の長さが100mm以上である超大型ものであっても良好に実施できる。したがって、このような大型のフッ化金属単結晶体を製造する場合においても、引上げの全期間や直胴部の引上げ期間を、散乱体の形成が高度に抑制される溶融液が浅い状態で、安定的に行うことができ、該散乱体の存在量が著しく少ないフッ化金属単結晶を引上げることが容易となる。   Furthermore, when applying the manufacturing method of the present invention, the present inventors have already proposed as Japanese Patent Application No. 2004-370658, the crucible (4) having a double structure comprising an outer crucible (4a) and an inner crucible (4b). A crucible (4 ′) is particularly preferable. If the crucible having such a structure is employed, single crystal growth can be performed from the start to the end of pulling while keeping the melt depth of the metal fluoride raw material constant. This can be carried out satisfactorily even if the single crystal to be pulled is large, in particular, the diameter of the straight body part is 150 mm or more and the length of the straight body part is 100 mm or more. Therefore, even in the case of producing such a large metal fluoride single crystal body, the entire period of pulling up and the pulling up period of the straight body part are in a state where the melt in which the formation of scatterers is highly suppressed is shallow, It can be carried out stably, and it becomes easy to pull up a metal fluoride single crystal in which the abundance of the scatterer is extremely small.

該二重構造坩堝(4’)について、図2を参照してより詳しく説明する。図2に示すように坩堝(4’)は外坩堝(4a)と内坩堝(4b)とからなる二重構造であり、しかも、該二重構造坩堝(4’)は、外坩堝(4a)に対する内坩堝(4b)の収納深さを連続的に変化させることができる。この二重構造坩堝(4’)は、内坩堝(4a)の壁部に少なくとも一個の連通孔(18)が設けられる等しており、外坩堝(4a)と内坩堝(4b)の両内空部は一部連通させてある。このため、上記構造の坩堝では、単結晶体の育成に伴って内坩堝(4b)内に収容されたフッ化金属原料の溶融液(10)が減少すると、その減少量に応じて、外坩堝(4a)に対する内坩堝(4b)の収納深さを深くして、該外坩堝(4a)から内坩堝(4b)内に溶融液(10)を補給することができる。その結果、この引上げ装置では、引上げの開始から終了までを、フッ化金属原料の溶融液(10)の深さを内坩堝(4b)内において、一定に保ちながら単結晶の育成を行うことができ、該引上げの全期間を、溶融液(10)の深さを、後述する散乱体の形成を高度に抑制可能な浅い状態に保てる。   The dual structure crucible (4 ') will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the crucible (4 ′) has a double structure composed of an outer crucible (4a) and an inner crucible (4b), and the double structure crucible (4 ′) has an outer crucible (4a). The storage depth of the inner crucible (4b) can be continuously changed. This double structure crucible (4 ') is provided with at least one communication hole (18) in the wall of the inner crucible (4a), etc., and is provided in both the outer crucible (4a) and the inner crucible (4b). The vacant space is partly connected. For this reason, in the crucible having the above structure, when the melt (10) of the metal fluoride raw material accommodated in the inner crucible (4b) decreases as the single crystal is grown, the outer crucible is selected according to the amount of decrease. The storage depth of the inner crucible (4b) with respect to (4a) can be increased, and the melt (10) can be replenished from the outer crucible (4a) into the inner crucible (4b). As a result, in this pulling apparatus, it is possible to grow a single crystal while keeping the depth of the molten metal fluoride raw material (10) in the inner crucible (4b) from the start to the end of the pulling. And the depth of the melt (10) can be maintained in a shallow state in which formation of a scatterer described later can be highly suppressed during the entire pulling-up period.

上記の如き単結晶成長炉(結晶成長炉)を用いて、本発明の製造方法を実施する場合、上記結晶成長炉の坩堝(4)内にフッ化金属原料を投入する前に、該成長炉を、その電気陰性度が前記フッ化金属を構成する金属元素よりも大きくかつ酸素よりも小さい元素のフッ化物であって、水と反応し得るフッ化物(以下、清浄用フッ化物と称する)の存在下に加熱する工程を設ける。   When the production method of the present invention is carried out using a single crystal growth furnace (crystal growth furnace) as described above, before the metal fluoride raw material is put into the crucible (4) of the crystal growth furnace, the growth furnace The fluoride of an element having an electronegativity greater than that of the metal element constituting the metal fluoride and less than oxygen and capable of reacting with water (hereinafter referred to as a cleaning fluoride) A step of heating in the presence is provided.

フッ化金属単結晶の製造に際して、該金属の酸化物が存在すると、この酸化物が結晶内に取り込まれてしまい、得られた単結晶のVUV透過率が低下するなどの問題を生じる。この酸化物の影響を排するため、前述したようにフッ化金属原料の段階や結晶成長工程でスカベンジャーを用いて該酸化物を除去する手法がある。さらに成長炉内の不純物を事前に除去するために、フッ化金属原料を投入する前に該炉を減圧下に空焼きすることもしばしば行われる。しかしながら、このような処理を行っても必ずしも満足の行く結果が得られるとは限らず、たびたびVUV透過率の低い単結晶となってしまう場合があった。特にこの傾向は結晶引上げ法で顕著である。   In the production of a metal fluoride single crystal, if an oxide of the metal is present, this oxide is taken into the crystal, causing problems such as a decrease in VUV transmittance of the obtained single crystal. In order to eliminate the influence of this oxide, as described above, there is a method of removing the oxide using a scavenger in the stage of the metal fluoride raw material or in the crystal growth process. Further, in order to remove impurities in the growth furnace in advance, the furnace is often baked under reduced pressure before the metal fluoride raw material is charged. However, even if such treatment is performed, a satisfactory result is not always obtained, and a single crystal having a low VUV transmittance is often obtained. This tendency is particularly remarkable in the crystal pulling method.

融液成長法で単結晶を製造する場合、その大きさにもよるが、数日〜数十日の間、数百〜千数百度に加熱し続ける必要がある。このように長期間に渡って高温にするために、断熱材料や炉壁等に吸着(物理吸着、化学吸着)していた水分が、ゆっくりと成長炉内で拡散、融液に混入し、さらにフッ化金属と反応して酸化物を生じ、これによりVUV透過率が低下するものと推測される。特に断熱材料として炭素系の材質のものが用いられている場合には、水の吸着が強固で、前記のような空焼きを行っても数時間〜十数時間程度の時間では完全に除去できない。   When producing a single crystal by the melt growth method, it is necessary to continue heating to several hundred to several hundreds of degrees for several days to several tens of days, depending on the size. In order to maintain a high temperature over a long period of time, the moisture adsorbed on the heat insulating material and the furnace wall (physical adsorption, chemical adsorption) is slowly diffused in the growth furnace and mixed into the melt. It is presumed that it reacts with metal fluoride to produce an oxide, which reduces the VUV transmittance. In particular, when a carbon-based material is used as the heat insulating material, water adsorption is strong and cannot be completely removed in a time of several hours to several tens of hours even when performing the above-described baking. .

本発明においては前記清浄用フッ化物の存在下に成長炉を加熱する工程を設けることにより、上記のような従来の方法では除去しにくい不純物、特に水が効率的に除去され、よってVUV透過率の良好なフッ化金属単結晶が再現性良く製造できるようになるものと推測される。   In the present invention, by providing the step of heating the growth furnace in the presence of the cleaning fluoride, impurities that are difficult to remove by the conventional method as described above, particularly water, are efficiently removed, and thus the VUV transmittance is increased. It is estimated that a good metal fluoride single crystal can be produced with good reproducibility.

本発明においては、清浄用フッ化物が、製造対象であるフッ化金属を構成する金属元素よりも電気陰性度が大きな元素のフッ化物であるため、該フッ化金属よりも水と反応して酸化物を生じやすく、よって短時間で効率的に成長炉内の水分の除去ができる。逆に該清浄用フッ化物の存在下でも除去されない不純物であれば、より反応性の低いフッ化金属の単結晶製造に際して問題となる可能性は著しく低い。また最大の不純物である水を除去するために、該清浄用フッ化物は電気陰性度が酸素よりも小さい元素のフッ化物とする。なお電気陰性度は各元素について知られており、例えば、乾利成、外4名共著「改定 化学 物質の構造、性質および反応」(化学同人、1981年1月1日発行)の第40頁に表3・6として記載されている。代表的な元素の電気陰性度(かっこ内)を例示すれば、Li(1.0)、Mg(1.2)、Ca(1.0)、Sr(1.0)、Ba(0.9)、Cu(1.9)、Ag(1.9)、Zn(1.6)、Pb(1.8)、C(2.5)、N(3.0)、O(3.5)、F(4.0)である。   In the present invention, the cleaning fluoride is a fluoride of an element having an electronegativity greater than that of the metal element constituting the metal fluoride to be manufactured. Therefore, it is possible to efficiently remove moisture in the growth furnace in a short time. On the contrary, if the impurities are not removed even in the presence of the cleaning fluoride, the possibility of becoming a problem in the production of a single crystal of metal fluoride having a lower reactivity is extremely low. In order to remove water which is the largest impurity, the cleaning fluoride is a fluoride of an element having an electronegativity smaller than that of oxygen. Electronegativity is known for each element. For example, page 40 of “Revised chemical structure, properties and reactions” (published on January 1, 1981) by Toshinari and 4 other authors. Are listed in Tables 3 and 6. If the electronegativity (in parentheses) of typical elements is exemplified, Li (1.0), Mg (1.2), Ca (1.0), Sr (1.0), Ba (0.9) ), Cu (1.9), Ag (1.9), Zn (1.6), Pb (1.8), C (2.5), N (3.0), O (3.5) , F (4.0).

さらに水と反応しなくてはならないが、フッ化水素を除けば上記条件を満たすフッ化物はいずれも数百〜2千度の高温に加熱することによって水と反応し、通常は酸化物とフッ化水素とを生じる。   It must also react with water, but with the exception of hydrogen fluoride, any fluoride that satisfies the above conditions will react with water by heating to a high temperature of several hundred to 2,000 degrees C. To form hydrogen fluoride.

またフッ化物であるために成長炉内で加熱されることにより揮発拡散し、断熱材、炉壁等に吸着している水等の不純物と接触しやすい。   Further, since it is a fluoride, it volatilizes and diffuses when heated in the growth furnace, and easily comes into contact with impurities such as water adsorbed on the heat insulating material and the furnace wall.

本発明における清浄用フッ化物として使用できるフッ化物を具体的に例示すると、四フッ化炭素、六フッ化エタン、三フッ化ホウ素、三フッ化窒素等の気体状のもの、フッ化亜鉛、フッ化鉛、フッ化銀、フッ化銅、フッ化コバルト、フッ化マンガン、フッ化カドミウム等の金属フッ化物、酸性フッ化アンモン等の固体状ものが例示される。またポリテトラフルオロエチレン等の液状又は固体状のフッ素化樹脂もそれ自体は水と反応しないが、高温に加熱することにより分解し、この分解生成物が水と反応する。即ち、本発明おける清浄用フッ化物は、その前駆体を成長炉内に投入しておき、化学反応や熱分解等によって該成長炉内で発生させてもよい。   Specific examples of fluorides that can be used as cleaning fluorides in the present invention include gaseous substances such as carbon tetrafluoride, hexafluoroethane, boron trifluoride, and nitrogen trifluoride, zinc fluoride, fluoride. Examples thereof include solid fluorides such as lead fluoride, silver fluoride, copper fluoride, cobalt fluoride, manganese fluoride, and cadmium fluoride, and ammonium fluoride. Also, liquid or solid fluorinated resins such as polytetrafluoroethylene do not react with water per se, but are decomposed by heating to a high temperature, and this decomposition product reacts with water. That is, the cleaning fluoride in the present invention may be generated in the growth furnace by chemical reaction, thermal decomposition, or the like, with its precursor charged in the growth furnace.

結晶成長中の多結晶化を防止する観点からは、清浄用フッ化物としては、固体上のものが好ましく、金属フッ化物がより好ましく、さらに、得られる単結晶の着色やレーザー耐性等の種々の物性を勘案すると5〜15族に属する金属のフッ化物が好ましく、7〜14族に属する金属のフッ化物がさらに好ましく、11〜14族に属する金属のフッ化物が最も好ましい。   From the viewpoint of preventing polycrystallization during crystal growth, the fluoride for cleaning is preferably on a solid, more preferably a metal fluoride, and further various colors such as coloring of the obtained single crystal and laser resistance. In consideration of physical properties, a fluoride of a metal belonging to Group 5-15 is preferable, a fluoride of a metal belonging to Groups 7-14 is more preferable, and a fluoride of a metal belonging to Groups 11-14 is most preferable.

該清浄用フッ化物が常温で気体である場合には、チャンバー(1)に設けたガス導入孔(図示しない)から、該気体清浄用フッ化物を直接チャンバーの内部に導入すればよい。また清浄用フッ化物が常温で固体又は液体である場合には、坩堝(4)内に投入しておくのが一般的であるが、清浄用フッ化物が揮発する炉内温度を制御する目的などで、結晶成長炉内の他の場所に配置しても良い。また固体スカベンジャーは、粉末状や粒状、一塊となった状態でも如何なる形状で結晶成長炉内に投入してもよい。   When the cleaning fluoride is a gas at room temperature, the gas cleaning fluoride may be introduced directly into the chamber from a gas introduction hole (not shown) provided in the chamber (1). When the cleaning fluoride is solid or liquid at room temperature, it is generally put in the crucible (4), but the purpose is to control the furnace temperature at which the cleaning fluoride volatilizes. Therefore, it may be arranged in another place in the crystal growth furnace. Further, the solid scavenger may be put into the crystal growth furnace in any shape even in the form of powder, granule, or lump.

これら清浄用フッ化物を結晶成長炉内に存在させる場合に、その使用量は該成長炉の内部空間の大きさや、用いるフッ化金属原料の種類などにより一概に言えないが、一般的には、成長炉内に投入するフッ化金属原料(100モル%)に対して0.005〜1モル%である。   When these cleaning fluorides are present in the crystal growth furnace, the amount used thereof cannot be generally stated depending on the size of the internal space of the growth furnace, the type of metal fluoride raw material to be used, etc. It is 0.005-1 mol% with respect to the metal fluoride raw material (100 mol%) thrown in in a growth furnace.

本発明においては、上記清浄用フッ化物を結晶成長炉内に存在させた後、該成長炉を加熱する方法、結晶成長炉を加熱した後に該成長炉内に清浄用フッ化物を導入する方法、用いる清浄用フッ化物の一部を結晶成長炉内に存在させた状態で加熱し、さらに清浄用フッ化物を追加する方法など、結晶成長炉内に清浄用フッ化物が存在する状態で加熱されるのであれば如何なる方法を採用しても良いが、清浄用フッ化物が常温で固体又は液体である場合には、結晶成長炉内に用いる清浄用フッ化物の全量を投入し、その後に加熱する方法が、操作が簡便でかつ安全性が高く好ましい。一方、気体状の清浄用フッ化物を用いる場合には、加熱しながら該清浄用フッ化物を徐々に追加する方法が清浄用フッ化物の効率が良く好適である。   In the present invention, after the cleaning fluoride is present in the crystal growth furnace, the growth furnace is heated. After the crystal growth furnace is heated, the cleaning fluoride is introduced into the growth furnace. Heating is performed in a state where a part of the cleaning fluoride used is present in the crystal growth furnace, and the cleaning fluoride is present in the crystal growth furnace, such as a method of adding a cleaning fluoride. As long as the cleaning fluoride is solid or liquid at room temperature, the entire amount of cleaning fluoride used in the crystal growth furnace is charged and then heated. However, the operation is simple and the safety is high. On the other hand, when a gaseous cleaning fluoride is used, a method of gradually adding the cleaning fluoride while heating is preferable because the efficiency of the cleaning fluoride is good.

前記したように、これら清浄用フッ化物は加熱することにより結晶成長炉内に存在する水などの不純物と反応する。この反応によって通常は、該清浄用フッ化物を構成するフッ素以外の元素の酸化物とフッ化水素とが生じると推測される。このような化学反応の速度は一般的に高温ほど速く効率的になるが、本発明の利点の一つとして、フッ化金属原料を結晶成長炉に投入する前に該加熱を行うため、炉内にフッ化金属原料を投入した後には付与することができないほど高い温度をかけて、非常な高効率で結晶成長炉内の不純物を除去することが可能な点がある。   As described above, these cleaning fluorides react with impurities such as water existing in the crystal growth furnace by heating. It is presumed that this reaction usually generates an oxide of elements other than fluorine and hydrogen fluoride constituting the cleaning fluoride. The rate of such a chemical reaction is generally faster and more efficient at higher temperatures. However, as one of the advantages of the present invention, the heating is performed before the metal fluoride raw material is put into the crystal growth furnace. It is possible to remove impurities in the crystal growth furnace with extremely high efficiency by applying a temperature so high that it cannot be applied after the metal fluoride raw material is added to the crystal.

前述したように従来から、結晶を成長させる際にスカベンジャーと呼ばれる酸化物除去剤を共存させてフッ化金属原料中の酸化物を除去する手法が存在する。当該スカベンジャーの多くも本発明における清浄用フッ化物と重複する化合物であり、従って水と反応するフッ化物である場合が多く、該結晶成長中に水をも除去する効果が多少なりともある。しかしながら、上記のようなスカベンジャーの使用方法と、本発明の製造方法の決定的な相違点は、該清浄用フッ化物を単結晶成長炉にフッ化金属原料を投入するに先立ち結晶炉内に入れておいて加熱する点にある。   As described above, conventionally, there is a method of removing oxides in a metal fluoride raw material by coexisting an oxide remover called a scavenger when growing a crystal. Many of the scavengers are compounds that overlap with the cleaning fluoride in the present invention, and therefore are often fluorides that react with water, and have some effect of removing water during the crystal growth. However, the crucial difference between the above scavenger method and the production method of the present invention is that the cleaning fluoride is placed in the crystal furnace prior to the introduction of the metal fluoride raw material into the single crystal growth furnace. It is in the point to heat.

即ち、融液成長法は結晶成長炉内に生じさせた温度勾配を利用して融液から徐々に単結晶を成長させる方法であるため、単結晶の成長を開始した後は、融液と生じた単結晶との接触面(結晶成長界面)の温度がフッ化金属の結晶化温度(融点)となるよう、結晶成長炉内の温度を制御する必要があり、該結晶成長界面の温度がこの温度より高くなるほどに結晶成長炉を高温に加熱することはできない。また結晶成長を開始する前であっても、フッ化金属を炉内に投入した後にあまりに高い温度をかけると、該フッ化金属が多量に揮発して単結晶化される原料の割合が低下したり、あるいは揮発したフッ化金属が炉内のより低温の領域で固化、これが坩堝中などに落下して結晶成長にトラブルを引き起こしたりする場合が多い。   In other words, the melt growth method is a method in which a single crystal is gradually grown from the melt using the temperature gradient generated in the crystal growth furnace. Therefore, it is necessary to control the temperature in the crystal growth furnace so that the temperature of the contact surface (crystal growth interface) with the single crystal becomes the crystallization temperature (melting point) of the metal fluoride. The crystal growth furnace cannot be heated to a high temperature as the temperature rises. Even before starting crystal growth, if a too high temperature is applied after the metal fluoride is put into the furnace, the ratio of the raw material from which the metal fluoride volatilizes in a large amount and becomes a single crystal decreases. Or the volatilized metal fluoride solidifies in a lower temperature region in the furnace, which falls into a crucible or the like and causes trouble in crystal growth.

前述したように、成長炉内不純物の除去効果は高温であるほど効率的になるが、上記の制限があるため従来の結晶成長中にスカベンジャーを用いる手法では付与できる温度にも制限が生じる。さらに結晶成長中にスカベンジャーを用いる手法では、用いたスカベンジャーが結晶内に取り込まれてしまわないように、結晶成長条件下で除去できる化合物を用いる必要がある。   As described above, the removal effect of impurities in the growth furnace becomes more efficient as the temperature is higher. However, because of the above-mentioned limitations, the temperature that can be applied by the conventional method using scavengers during crystal growth is also limited. Furthermore, in the technique using a scavenger during crystal growth, it is necessary to use a compound that can be removed under crystal growth conditions so that the used scavenger is not taken into the crystal.

それに対して、上述のように、本発明の製造方法ではフッ化金属原料を結晶成長炉に投入する前に加熱を行うため、加熱できる温度の上限は用いる結晶成長炉の性能に依存し、製造対象であるフッ化金属の結晶化温度によって制限されることがなく、そのため極めて高い効率で結晶成長炉内の不純物を除去することが可能である。さらに、該フッ化金属の結晶化温度では除去できない酸化物等を生じるフッ化物でも、該温度よりさらに高温にしたり、結晶成長の際に可能な圧力よりも低い圧力となるまで減圧排気したり、あるいはその双方を組み合わせたり、さらには、一旦冷却した後、ふき取り等を行うなどの手法により除去が可能なため、用い得るフッ化物の選択自由度が高い。   In contrast, as described above, in the production method of the present invention, heating is performed before the metal fluoride raw material is put into the crystal growth furnace. Therefore, the upper limit of the temperature that can be heated depends on the performance of the crystal growth furnace to be used. It is not limited by the crystallization temperature of the target metal fluoride, and therefore impurities in the crystal growth furnace can be removed with extremely high efficiency. Furthermore, even fluorides that produce oxides and the like that cannot be removed at the crystallization temperature of the metal fluoride can be evacuated to a temperature higher than that temperature or reduced to a pressure lower than that possible during crystal growth, Alternatively, it is possible to remove both by combining both of them, or after cooling once and then performing wiping or the like, so that there is a high degree of freedom in selecting fluorides that can be used.

本発明においては、成長炉を清浄用フッ化物の存在下に加熱する。なお、融液成長法に用いる結晶成長炉はその原理上、必ず炉内に温度差(温度勾配)が生じ、前記図1に示す如き構造の結晶引上げ炉でも断熱材壁(6)、底部断熱材(17)およびリッド材(14)に囲まれた空間内(以下、断熱空間とも称す)には、300〜600℃程度の温度差が不可避的に生じる。結晶引上げ法においては、前記結晶成長界面の温度が特定の値になるよう制御されるものであり、また該結晶成長界面の温度を変化させれば、成長炉内の他の場所の温度も同じ方向に変化する。以下では特に断らない限り、単に「(加熱する際の)温度」と称する場合には、結晶引上げ法における該結晶成長界面に相当する場所(注:原料投入前であるため、実際には結晶成長界面は存在しないが)の温度を指すものとする。また本発明の製造方法は坩堝引下げ法等、他の融液成長法に適用してもよいが、その場合にも同様に、坩堝内における結晶成長面に相当する場所の温度を指すものとする。   In the present invention, the growth furnace is heated in the presence of a cleaning fluoride. The crystal growth furnace used for the melt growth method always has a temperature difference (temperature gradient) in the furnace in principle, and even in the crystal pulling furnace having the structure shown in FIG. In the space surrounded by the material (17) and the lid material (14) (hereinafter also referred to as heat insulation space), a temperature difference of about 300 to 600 ° C. is inevitably generated. In the crystal pulling method, the temperature of the crystal growth interface is controlled to a specific value, and if the temperature of the crystal growth interface is changed, the temperature in other places in the growth furnace is the same. Change direction. Unless otherwise specified below, when simply referred to as “temperature (when heating)”, a place corresponding to the crystal growth interface in the crystal pulling method (Note: since it is before the raw material is charged, the crystal growth actually Temperature) although no interface exists. Further, the production method of the present invention may be applied to other melt growth methods such as a crucible pulling-down method, but in this case as well, the temperature at a location corresponding to the crystal growth surface in the crucible is also referred to. .

本発明において、上記加熱の際の温度は特に限定されるものではないが、本発明の効果をより顕著に得るためには、製造対象であるフッ化金属の結晶成長の際に付与する温度以上となるように加熱することが好ましく、+50℃以上とすることがより好ましく、+70℃以上とすることがさらに好ましく、+100℃以上とすることが特に好ましい。   In the present invention, the temperature at the time of heating is not particularly limited, but in order to obtain the effects of the present invention more remarkably, the temperature is higher than the temperature applied during crystal growth of the metal fluoride to be produced. It is preferable to heat so that it may become, It is more preferable to set it as +50 degreeC or more, It is more preferable to set it as +70 degreeC or more, It is especially preferable to set it as +100 degreeC or more.

例えば、製造対象のフッ化金属がフッ化カルシウムである場合には、該フッ化カルシウムの結晶化温度は約1420℃であり、よって、清浄用フッ化物の存在下に加熱する際の温度も1420℃以上が好ましく、1470℃以上がより好ましく、1490℃以上が特に好ましく、1520℃以上とすることが最も好ましい。   For example, when the metal fluoride to be manufactured is calcium fluoride, the crystallization temperature of the calcium fluoride is about 1420 ° C. Therefore, the temperature when heating in the presence of the cleaning fluoride is also 1420. Or higher, more preferably 1470 ° C. or higher, particularly preferably 1490 ° C. or higher, and most preferably 1520 ° C. or higher.

結晶成長界面に相当する場所の温度をこのように結晶成長を行う際に付与する温度以上とすることにより、成長炉内の他の場所でも結晶成長を行う際に到達する温度以上となり、効率的に水等の不純物が除去できる。   By setting the temperature at the location corresponding to the crystal growth interface to be higher than the temperature applied when performing crystal growth in this way, the temperature becomes higher than the temperature reached when performing crystal growth at other locations in the growth furnace. In addition, impurities such as water can be removed.

一方、あまりに高い温度をかけると結晶成長炉を構成する各種材料に熱的な損傷を与えてしまう場合がある。結晶成長炉を構成する部材の材質等にも依存するが、加熱の際の最高温度としては、その上限が2000℃以下、より一般的には1900℃以下、特に1800℃以下である。   On the other hand, if a too high temperature is applied, various materials constituting the crystal growth furnace may be thermally damaged. Although depending on the material of the member constituting the crystal growth furnace, the maximum temperature during heating is 2000 ° C. or less, more generally 1900 ° C. or less, and particularly 1800 ° C. or less.

上記加熱時間はある程度までは長いほど本発明の効果がより良好に得られるが徐々に頭打ちとなる傾向があり、あまりに長すぎると生産性が低下してしまう。また加熱温度が高いほど加熱時間は短くてもよい傾向がある。該加熱時間は、結晶成長炉の内部空間の大きさや不純物の存在量、用いる清浄用フッ化物の種類や量などにより適宜決定すれば良いが、一般的には、前記製造対象であるフッ化金属単結晶の結晶成長の際に付与する温度+50℃以上(好ましくは+70℃以上)となっている時間を5〜720分とするのが好ましく、より好ましくは30〜720分であり、さらに好ましくは60〜600分である。   The longer the heating time is to a certain extent, the better the effect of the present invention can be obtained, but there is a tendency to gradually reach a peak, and if it is too long, the productivity is lowered. Moreover, there exists a tendency for heating time to be short, so that heating temperature is high. The heating time may be appropriately determined depending on the size of the internal space of the crystal growth furnace, the amount of impurities, the type and amount of the cleaning fluoride to be used, etc. It is preferable that the temperature applied during the crystal growth of the single crystal + 50 ° C. or higher (preferably + 70 ° C. or higher) is 5 to 720 minutes, more preferably 30 to 720 minutes, and still more preferably. 60 to 600 minutes.

また該加熱に際しての昇温時間や昇温パターンは特に限定されず、短時間に一気に昇温したり、何段階かに分けて徐々に昇温したりするなど、如何なるパターンで昇温してもよい。   In addition, the temperature raising time and the temperature raising pattern during the heating are not particularly limited, and the temperature can be raised in any pattern, such as raising the temperature at once in a short time or gradually increasing the temperature in several steps. Good.

清浄用フッ化物は高温で酸素と反応するものも多い。従って、上記清浄用フッ化物の存在下での加熱は不活性な雰囲気下で行うことが好ましく、特にアルゴンガス雰囲気下で行うことが好ましい。さらに結晶成長炉を構成する材料の保護のためにも不活性雰囲気下で行うことは好ましい方法である。   Many cleaning fluorides react with oxygen at high temperatures. Therefore, the heating in the presence of the cleaning fluoride is preferably performed in an inert atmosphere, particularly preferably in an argon gas atmosphere. Furthermore, it is a preferable method to carry out in an inert atmosphere in order to protect the material constituting the crystal growth furnace.

上述のようにして清浄用フッ化物の存在下に結晶成長炉を加熱すると、清浄用フッ化物が揮発、拡散して、断熱材壁や坩堝壁等に吸着していた水と接触し、通常は酸化物やフッ化水素へと変換されるものと推測される。また、これら酸化物やフッ化水素はさらに成長炉内に存在する他の物質、例えば、結晶成長炉を構成する断熱材等と反応する場合もある。   When the crystal growth furnace is heated in the presence of the cleaning fluoride as described above, the cleaning fluoride volatilizes and diffuses and comes into contact with the water adsorbed on the heat insulating material wall or the crucible wall. It is assumed that it is converted to oxide or hydrogen fluoride. Further, these oxides and hydrogen fluoride may further react with other substances present in the growth furnace, such as a heat insulating material constituting the crystal growth furnace.

このようにして生じた反応物のうち、フッ化水素は結晶成長の際にスカベンジャーとして用いられることもあり、その存在が大きな問題となることはないが、酸化物は成長炉内から除去、排出することが好ましい。図1として示した結晶引上げ炉においては、断熱材壁(6)、底部断熱材(17)およびリッド材(14)で囲まれた断熱空間の外、即ち、これらの部材とチャンバー(1)に囲まれた空間まで移動すればよいが、好ましくはその大部分を結晶成長炉外に排出することが好ましい。なお、上記断熱空間外であれば結晶成長炉内に存在していても良いのは、この空間が断熱材壁(6)等によりヒーター(4)から熱的に遮蔽されており、結晶成長時の加熱によって再度、断熱空間内(即ち、坩堝の近傍)に接近する可能性がほとんどないためである。   Of the reactants generated in this way, hydrogen fluoride may be used as a scavenger during crystal growth, and its presence does not pose a major problem, but oxides are removed and discharged from the growth furnace. It is preferable to do. In the crystal pulling furnace shown in FIG. 1, outside the heat insulating space surrounded by the heat insulating material wall (6), the bottom heat insulating material (17) and the lid material (14), that is, in these members and the chamber (1). It is sufficient to move to the enclosed space, but it is preferable to discharge most of the space outside the crystal growth furnace. It should be noted that if it is outside the heat insulating space, it may exist in the crystal growth furnace because this space is thermally shielded from the heater (4) by the heat insulating wall (6) or the like, This is because there is almost no possibility of approaching again in the heat insulation space (that is, in the vicinity of the crucible) by the heating of.

本発明において、清浄用フッ化物を構成するフッ素以外の元素が炭素や窒素であるなど、その酸化物が気体状である場合には、結晶炉内にアルゴンなどの不活性ガスを流したり、減圧して排気するなどの方法により容易に結晶炉内からの除去が可能である。   In the present invention, when the oxide other than fluorine constituting the cleaning fluoride is in a gaseous state, such as carbon or nitrogen, an inert gas such as argon is flowed into the crystal furnace, or the pressure is reduced. Then, it can be easily removed from the crystallization furnace by a method such as evacuation.

一方、清浄用フッ化物を構成するフッ素以外の元素が亜鉛、鉛等の金属である場合、生じる酸化物は酸化亜鉛、酸化鉛等である。このような金属酸化物であっても、高温では揮発性を有する(例えば、酸化亜鉛は1気圧では1300℃から昇華しはじめる)ため、やはり不活性ガスを流したり減圧するなどしたりして除去できる。前述したように、本発明の方法によれば、加熱する際の温度が製造対象であるフッ化金属により制限されることがないため、生じた酸化物を十分かつ効率的に除去できる温度まで上昇させることが可能である。   On the other hand, when the element other than fluorine constituting the cleaning fluoride is a metal such as zinc or lead, the resulting oxide is zinc oxide, lead oxide or the like. Even such metal oxides are volatile at high temperatures (for example, zinc oxide begins to sublimate from 1300 ° C. at 1 atm), so it is also removed by flowing an inert gas or reducing the pressure. it can. As described above, according to the method of the present invention, since the temperature during heating is not limited by the metal fluoride to be manufactured, the temperature rises to a temperature at which the generated oxide can be removed sufficiently and efficiently. It is possible to make it.

さらに、結晶成長炉を構成する部材として、断熱材や坩堝等に炭素系の材料が用いられている場合、該部材の炭素が、生じた酸化物を還元して(単体)金属を生じる場合もある。単体金属は酸化物よりも遥かに揮発性が高いため、このような場合、即ち、成長炉を構成する部材に炭素系の材料が用いられている場合には、より一層に成長炉内からの除去が容易となる。   Furthermore, when a carbon-based material is used for a heat insulating material, a crucible, or the like as a member constituting the crystal growth furnace, the carbon of the member may reduce the generated oxide to generate a (single) metal. is there. Since a single metal is much more volatile than an oxide, in this case, that is, when a carbon-based material is used for a member constituting the growth furnace, the element from the inside of the growth furnace is further increased. Removal is easy.

これら金属酸化物及び/又は単体金属を除去する場合にも、前記気体状の酸化物を除去する方法と同様に、不活性ガスを流したり減圧にしたりすることで除去できる。   When removing these metal oxides and / or simple metals, they can be removed by flowing an inert gas or reducing the pressure in the same manner as in the method of removing the gaseous oxide.

特に減圧にして排気する方法によれば、結晶成長炉内のわずかの前記反応物を排出、除去することができその効果は高い。減圧にする際のその減圧度としては、20Pa以下、好ましくは1Pa以下、特に好ましくは1×10−2Pa以下である。 In particular, according to the method of evacuating under reduced pressure, a small amount of the reactant in the crystal growth furnace can be discharged and removed, and the effect is high. The degree of decompression when reducing the pressure is 20 Pa or less, preferably 1 Pa or less, and particularly preferably 1 × 10 −2 Pa or less.

なお、本発明において清浄用フッ化物は成長炉内に存在する水などの不純物を除去するために用いられるものであり、上記排出は該フッ化物が成長炉内の不純物と十分に反応した後に行うことが好ましい。従って、清浄用フッ化物の存在下に加熱する全工程を減圧下に行うと、該清浄用フッ化物も、炉内不純物と未だ反応していない状態で成長炉外に排出されてしまい、清浄用フッ化物が極めて多量に必要になるなど効率が低下する傾向がある。   In the present invention, the cleaning fluoride is used to remove impurities such as water existing in the growth furnace, and the discharge is performed after the fluoride has sufficiently reacted with the impurities in the growth furnace. It is preferable. Therefore, if the entire process of heating in the presence of the cleaning fluoride is performed under reduced pressure, the cleaning fluoride is also discharged outside the growth furnace in a state where it has not yet reacted with the impurities in the furnace. Efficiency tends to decrease, such as the need for very large amounts of fluoride.

上記問題を回避するため、本発明における清浄用フッ化物の存在下での成長炉の加熱は、その前半を非減圧下で行い、成長炉内に清浄用フッ化物のガスが十分に滞留、水などの不純物と反応した後に、該成長炉を上記程度の減圧下で、生じた反応物及び未反応の清浄用フッ化物等の揮発性物質(以下、反応物等)を排出する方法が好ましい。むろん必要に応じて、例えば、清浄用フッ化物が固体状である場合にその蒸発速度を制御するなどの目的で、成長炉内を陰圧にしたり陽圧にしたりすることも可能である。   In order to avoid the above problem, the heating of the growth furnace in the presence of the cleaning fluoride in the present invention is performed in the first half under non-depressurization, and the cleaning fluoride gas is sufficiently retained in the growth furnace. After reacting with impurities such as the above, it is preferable to discharge the produced reactants and volatile substances such as unreacted cleaning fluoride (hereinafter referred to as reactants) in the growth furnace under a reduced pressure as described above. Of course, if necessary, for example, when the cleaning fluoride is in a solid state, the inside of the growth furnace can be set to a negative pressure or a positive pressure for the purpose of controlling the evaporation rate.

前半の加熱を非減圧下で行い、後半に減圧する方法を採用する場合、該減圧を行う時間は、上記排出が行われる程度であれば特に限定されない。排出が終了したか否かは、成長炉内の圧力変化をモニターすることにより確認できる。具体的には、上記圧力程度になるまで減圧排気すればよい。また、より高温にすることにより、一層高度に排出することができる。成長炉の大きさや真空ポンプの性能等にも依存するが、一般的には5〜600分程度で前記圧力に到達できる。   In the case of adopting a method in which the first half heating is performed under non-depressurization and the second half is depressurized, the time for performing the depressurization is not particularly limited as long as the above discharge is performed. Whether or not the discharge is completed can be confirmed by monitoring the pressure change in the growth furnace. Specifically, it may be exhausted under reduced pressure until the pressure becomes about the above-mentioned pressure. Moreover, it can discharge | emit more highly by making it higher temperature. Although depending on the size of the growth furnace and the performance of the vacuum pump, the pressure can generally be reached in about 5 to 600 minutes.

このため、まず非減圧下に加熱を行い、ついで減圧により反応物等を除去する方法を採用する場合には、該反応物除去の際の温度を、非減圧下における温度よりも高温にすることが特に高度に結晶成長炉内を清浄化でき好ましい。   For this reason, when employing a method in which heating is performed under non-depressurization and then the reactants are removed by depressurization, the temperature at which the reactants are removed should be higher than the temperature under non-depressurization. Is particularly preferable because the inside of the crystal growth furnace can be cleaned to a high degree.

このようにして結晶成長炉内、特に上記断熱空間内から大部分の不純物を除去した後、該結晶成長炉内に配置した前記の如き坩堝にフッ化金属原料を投入、該原料を融解した後、該融液から単結晶を成長させればよい。   After removing most of the impurities from the inside of the crystal growth furnace in this way, particularly from the heat insulating space, the metal fluoride raw material is charged into the crucible as described above, and the raw material is melted. A single crystal may be grown from the melt.

本発明においては、このフッ化金属を結晶成長炉内に投入するに際して、該成長炉内部が外気と接触しない状態を保持したまま行う。即ち、前記清浄用フッ化物の存在下における加熱は、結晶成長炉内にフッ化金属原料を投入する前に行われるために、続いての結晶成長のためには、該成長炉を開けてフッ化金属原料を投入する必要がある。ここで、成長炉を開けて外気と接触する状態にしてしまうと、外気中に含まれる水(湿気)やその他の結晶成長に有害な成分が再度炉内に入り込み吸着するなどして、清浄用フッ化物の存在下における加熱による効果が大幅に損なわれてしまう場合がある。なおここで、「外気」とは上記のような結晶成長に対して有害な成分(通常は水のみであり、特殊な環境下でなければ環境雰囲気中に水以外の有害成分が含まれることはない)の濃度や量の調整が行われていない雰囲気を言い、例えば極めて低湿度に調湿されたクリーンルーム中に前記結晶成長炉を配置したような場合には、該クリーンルーム内の雰囲気は本発明で言う「外気」には相当しない。


In the present invention, when the metal fluoride is introduced into the crystal growth furnace, the inside of the growth furnace is maintained in a state where it does not come into contact with the outside air . That is, the heating in the presence of the cleaning fluoride is performed before introducing the metal fluoride raw material into the crystal growth furnace. For subsequent crystal growth, the growth furnace is opened and the It is necessary to introduce metal halide raw materials. Here, if the growth furnace is opened and brought into contact with the outside air, the water (humidity) contained in the outside air and other components harmful to crystal growth enter the furnace again and are adsorbed. The effect of heating in the presence of fluoride may be significantly impaired. Here, “outside air” is a component harmful to crystal growth as described above (usually only water. Unless it is in a special environment, harmful components other than water are included in the environmental atmosphere. The atmosphere in the clean room is the present invention when the crystal growth furnace is disposed in a clean room conditioned at a very low humidity. It does not correspond to “outside air”.


結晶成長炉内部が外気と接触しない状態を保持したままフッ化金属原料を該成長炉内に投入する方法は特に限定されず、該成長炉の構造等に応じて公知の方法を適宜選択、適用すればよい。例えば、図3として簡略図を示すように、上述したような方法で清浄用フッ化物の存在下に加熱を行った結晶成長炉の開口部分を、開口を行う前に気密用シートで完全に被う(図3のa)。該気密用シートは特に限定されるものではないが、操作性、コスト、炉内再汚染防止の等の観点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂性シートが好ましい。該気密用シートの中には、結晶成長炉内に投入するフッ化金属原料を入れておき、また、気密用シート内からは可能な限り空気を除き、さらにはアルゴンガス等の不活性ガスで置換しておくことが好ましい。続いて、結晶成長炉を開くが、上記したように開口部は気密用シートで被われているため、この開口によって炉内が外気にさらされることはない(図3のb)。フッ化金属原料を投入した後、再度結晶成長炉の開口部を閉じ、気密用シートを除去、その後、単結晶を成長させる。この方法では気密用シートにより結晶成長炉内部と外気とを遮断する方法を例示したが、他の方法、例えば、内部のガス置換ができるフッ化金属原料室を設けた結晶成長炉などを用いることも可能である。   The method of introducing the metal fluoride raw material into the growth furnace while maintaining the state in which the inside of the crystal growth furnace is not in contact with the outside air is not particularly limited, and a known method is appropriately selected and applied according to the structure of the growth furnace. do it. For example, as shown in a simplified diagram in FIG. 3, the opening portion of the crystal growth furnace heated in the presence of the cleaning fluoride by the above-described method is completely covered with an airtight sheet before opening. (A in FIG. 3). The airtight sheet is not particularly limited, but a resinous sheet such as polypropylene or polyethylene is preferable from the viewpoints of operability, cost, prevention of recontamination in the furnace, and the like. In the airtight sheet, a metal fluoride raw material to be put into the crystal growth furnace is put, and air is removed from the airtight sheet as much as possible, and further, an inert gas such as argon gas is used. It is preferable to substitute. Subsequently, the crystal growth furnace is opened. Since the opening is covered with the airtight sheet as described above, the inside of the furnace is not exposed to the outside air by this opening (b in FIG. 3). After introducing the metal fluoride raw material, the opening of the crystal growth furnace is closed again, the airtight sheet is removed, and then a single crystal is grown. In this method, the method of shutting off the inside of the crystal growth furnace from the outside air with an airtight sheet is exemplified, but other methods, for example, a crystal growth furnace provided with a metal fluoride raw material chamber capable of gas replacement inside is used. Is also possible.

なお上記フッ化金属原料の投入に際しては、作業性等の観点から結晶成長炉の温度を50℃以下、好ましくは室温近辺まで低下させた後に行うことが好ましい。   The metal fluoride raw material is charged preferably after the temperature of the crystal growth furnace is lowered to 50 ° C. or lower, preferably near room temperature, from the viewpoint of workability and the like.

また投入するフッ化金属原料としては、融液成長法により単結晶を製造する際に用いられる公知のフッ化金属原料を用いればよい。例えばフッ化カルシウムにおける蛍石等の天然鉱物を使用しても良いが、純度の面から化学合成品を使用するのが好ましい。さらに本発明の効果をより顕著に得るために、化学合成品も水分や酸化物等の不純物をできる限り除いたものを用いることが好ましい。このような不純物除去方法は公知である。例えば、水分等を除去する前処理は、フッ化金属原料を真空ポンプによる減圧下で加熱処理することにより行われるが、単に焼成するだけでは原料内部の水分等までを十分に除去することは困難であるため、該加熱処理に引き続いて気体スカベンジャーとしての四フッ化炭素、三フッ化炭素、六フッ化エタン等を含有する雰囲気中でフッ化金属原料を溶融させるのがより好ましい。気体スカベンジャーとしては、四フッ化炭素を用いるのが最も好ましい。該処理に際し、フッ化金属原料としては、粉末を使用しても良いが、溶融したときの体積減少が激しいため、粒状物、好適には60μm以上、好適には60〜1000μmの粒径の粒状物として精製に供するのが好ましい。   As the metal fluoride raw material to be introduced, a known metal fluoride raw material used when producing a single crystal by the melt growth method may be used. For example, natural minerals such as fluorite in calcium fluoride may be used, but it is preferable to use a chemically synthesized product in terms of purity. Furthermore, in order to obtain the effects of the present invention more remarkably, it is preferable to use a chemically synthesized product from which impurities such as moisture and oxide are removed as much as possible. Such impurity removal methods are known. For example, the pretreatment for removing moisture and the like is performed by heat-treating the metal fluoride raw material under reduced pressure by a vacuum pump, but it is difficult to sufficiently remove the moisture and the like inside the raw material simply by firing. Therefore, it is more preferable to melt the metal fluoride raw material in an atmosphere containing carbon tetrafluoride, carbon trifluoride, hexafluoroethane or the like as a gas scavenger following the heat treatment. Most preferably, carbon tetrafluoride is used as the gas scavenger. In the treatment, powder may be used as the metal fluoride raw material, but since the volume reduction when melted is severe, granular materials, preferably particles having a particle size of 60 μm or more, preferably 60 to 1000 μm. The product is preferably subjected to purification.

こうした前処理を施したフッ化金属原料は、そのまま引上げ法による単結晶成長用の原料として用いても良いが、好ましくは、一旦冷却固化して、その表面に存在している固体不純物を可能な限り切削除去してから用いるのが、多結晶化の低減の観点から好ましい。   The metal fluoride raw material subjected to such pretreatment may be used as it is as a raw material for single crystal growth by the pulling method, but it is preferable to solidify once by cooling and solid impurities present on the surface thereof. It is preferable to use after cutting and removing from the viewpoint of reducing polycrystallization.

前述のようにして上記の如きフッ化金属原料を結晶成長炉内に投入した後は、公知の方法、例えば、特開2004−182588号公報、特開2005−29455号公報等に記載の方法に従ってフッ化金属の単結晶を成長させればよい。以下、このような単結晶引上げ法により単結晶を成長させる方法について簡単に述べる。   After introducing the metal fluoride raw material as described above into the crystal growth furnace as described above, according to a known method, for example, a method described in JP-A No. 2004-182588, JP-A No. 2005-29455, or the like. A single crystal of metal fluoride may be grown. Hereinafter, a method of growing a single crystal by such a single crystal pulling method will be briefly described.

融液成長法、特に単結晶引上げ法によるフッ化金属単結晶体の育成では、水分が存在すると、単結晶体中に酸化物が取り込まれて着色等が発生する原因になる。上述したフッ化金属原料の投入前の清浄用フッ化物の存在下で結晶成長炉を加熱し、また投入するフッ化金属原料としても前述のようにして精製したものを用いても、フッ化金属原料に吸着していた水分や結晶成長炉内へのフッ化金属原料の投入作業中になんらかの原因で混入してきた水分等が存在する場合がある。従って、フッ化金属原料を結晶成長炉内に投入した後、再度、水分を可能な限り除去した後、溶融、単結晶の成長を行うことが好ましい。   In the growth of a metal fluoride single crystal by the melt growth method, particularly the single crystal pulling method, the presence of moisture causes oxides to be taken into the single crystal and cause coloring and the like. The crystal growth furnace is heated in the presence of the cleaning fluoride prior to the introduction of the metal fluoride raw material described above, and the metal fluoride raw material to be charged may be the one purified as described above. There may be water adsorbed on the raw material or water mixed in for some reason during the operation of charging the metal fluoride raw material into the crystal growth furnace. Therefore, it is preferable to perform melting and growth of a single crystal after removing the moisture as much as possible after putting the metal fluoride raw material into the crystal growth furnace.

即ち、上記フッ化金属原料を坩堝に収容した後、溶融させるに先立っては、減圧下での加熱処理を施し、前処理後の吸着水等を除去するのが好ましい。また、投入したフッ化金属原料に吸着した水分を取り除き、また後述する単結晶の成長工程をスカベンジャーの存在下に行うために、該原料にスカベンジャーを同時に添加してもよい。フッ化金属原料の溶融および単結晶の育成は、不活性ガスの雰囲気下で行うのが好ましく、該不活性ガスは、継続的に装置内に供給して、スカベンャーと残存水分や酸化物等とが反応して生じた反応生成物等を装置外に排出させることができる。   That is, after the metal fluoride raw material is placed in the crucible and then melted, it is preferable to perform heat treatment under reduced pressure to remove the pretreated water adsorbed. Further, in order to remove moisture adsorbed to the charged metal fluoride raw material and to carry out a single crystal growth step to be described later in the presence of a scavenger, a scavenger may be simultaneously added to the raw material. The melting of the metal fluoride raw material and the growth of the single crystal are preferably performed in an atmosphere of an inert gas, and the inert gas is continuously supplied into the apparatus so that the scavenger and residual moisture, oxides, etc. The reaction product produced by the reaction can be discharged out of the apparatus.

単結晶の引上げは、結晶成長界面が結晶化温度となるように調整して行われる。坩堝の大きさや構造、融液の量にもよるが、前述の図1に示した構造の結晶成長炉では坩堝底の温度の方が高くなる傾向が強く、坩堝底の測定温度において融点〜融点+150℃程度に加熱した条件、例えばフッ化金属がフッ化カルシウムであれば1420℃〜1520℃の温度とすることにより上記結晶成長界面の温度が得られるのが通常である。該温度への昇温速度は50〜500℃/Hrであるのが好ましい。単結晶の引上げを開始する前に、坩堝底の測定温度で、フッ化金属原料の融点よりも20〜150℃高い温度で30〜180分程度保持し、その間に溶融液に浮遊する固体不純物を除去しておくことも、多結晶化の抑制に対しても効果的である。   The pulling of the single crystal is performed by adjusting so that the crystal growth interface becomes the crystallization temperature. Although depending on the size and structure of the crucible and the amount of the melt, the temperature of the crucible bottom tends to be higher in the crystal growth furnace having the structure shown in FIG. Usually, the temperature of the crystal growth interface is obtained by heating to about + 150 ° C., for example, when the metal fluoride is calcium fluoride, the temperature is set to 1420 ° C. to 1520 ° C. The rate of temperature rise to the temperature is preferably 50 to 500 ° C./Hr. Before starting the pulling of the single crystal, the measurement temperature at the bottom of the crucible is maintained for about 30 to 180 minutes at a temperature 20 to 150 ° C. higher than the melting point of the metal fluoride raw material, and the solid impurities floating in the melt during that time Removal is also effective for suppressing polycrystallization.

単結晶引上げ法においては、上記のようにして不純物を可能な限り除去した後、融液に種結晶を接触、徐々に引上げて単結晶を得る。該種結晶としては、育成するフッ化金属と同材質の単結晶体を用いるのが好ましい。種結晶の育成面は任意に選択することができるが、フッ化カルシウムの種結晶を用いる場合は、{111}面、{100}面、または{110}面及びこれらの等価面を好適に用いることができる。   In the single crystal pulling method, after removing impurities as much as possible as described above, the seed crystal is brought into contact with the melt and gradually pulled to obtain a single crystal. As the seed crystal, a single crystal made of the same material as the metal fluoride to be grown is preferably used. The seed crystal growth surface can be arbitrarily selected. However, when a calcium fluoride seed crystal is used, the {111} plane, the {100} plane, the {110} plane, and their equivalent planes are preferably used. be able to.

種結晶および成長中の結晶は、引上げ軸を中心として回転させることが好ましく、回転速度は1〜20回/分であることが好ましい。また、上記種結晶の回転に併せて、坩堝も反対方向に同様の回転速度で回転させても良い。好適な結晶の引上げ速度は、1〜10mm/時間である。   The seed crystal and the growing crystal are preferably rotated about the pulling axis, and the rotation speed is preferably 1 to 20 times / minute. In addition to the rotation of the seed crystal, the crucible may be rotated in the opposite direction at the same rotation speed. A suitable crystal pulling speed is 1 to 10 mm / hour.

こうした単結晶の引上げは、前記結晶成長炉及びフッ化金属原料の前処理を経ても残留する微量の水分の影響をなくすため、スカベンジャーの存在下で行うのが好ましい。スカベンジャーとしては公知のスカベンジャーを用いることができ、前記フッ化金属原料の前処理で説明した四フッ化炭素等の気体スカベンジャーを雰囲気に導入する方法を採用しても良いが、その場合、溶融液への固体不純物の発生量が多くなる傾向があるため、フッ化亜鉛、フッ化鉛等の固体スカベンジャー、好適にはフッ化亜鉛を坩堝内にフッ化金属原料と共に仕込む方法が好ましい。固体スカベンジャーの使用量は、フッ化金属原料100質量部に対して0.01〜5質量部が好ましい。   Such pulling of the single crystal is preferably performed in the presence of a scavenger in order to eliminate the influence of a minute amount of moisture remaining even after the crystal growth furnace and the pretreatment of the metal fluoride raw material. A known scavenger can be used as the scavenger, and a method of introducing a gas scavenger such as carbon tetrafluoride described in the pretreatment of the metal fluoride raw material into the atmosphere may be adopted. Therefore, a solid scavenger such as zinc fluoride or lead fluoride, preferably a method in which zinc fluoride is charged into a crucible together with a metal fluoride raw material is preferable. As for the usage-amount of a solid scavenger, 0.01-5 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of metal fluoride raw materials.

単結晶の成長に際し、前述したような二重構造坩堝を用いた場合には、該二重構造坩堝において、内坩堝(4b)内に収容するフッ化金属原料の溶融液(10)の深さは、引上げるアズグロウン単結晶体の直胴部直径の0.65倍以下の深さにするのが好ましい。そして、引上げの開始から終了までの可能な限りの多くの期間、好適には全期間中、上記深さが保たれるように、外坩堝(4b)から内坩堝(4)への溶融液(7)の補給を行えばよい。   In the case of using the double structure crucible as described above for the growth of the single crystal, the depth of the molten liquid (10) of the metal fluoride raw material accommodated in the inner crucible (4b) in the double structure crucible. Is preferably 0.65 times or less the diameter of the straight body portion of the as-grown single crystal to be pulled up. Then, the molten liquid (from the outer crucible (4b) to the inner crucible (4) is maintained so as to maintain the depth as many as possible from the start to the end of the pulling, preferably throughout the entire period. The replenishment of 7) may be performed.

従来のフッ化金属単結晶体製造用に使用されている引上げ装置の坩堝の深さは、通常、アズグロウン単結晶体の直胴部直径の3〜5倍程度であり、該坩堝に十分な量のフッ化金属原料の溶融液(10)を収容させると、溶融液の深さは該直胴部直径に対して浅くても2倍程度の値になり、この値は引上げの終了時においても該直胴部直径の0.75倍は越える液量が残存しているのが普通である。しかして、このように溶融液の深さが深い状態で単結晶の引上げを行うと、溶融液の流動における自然対流の影響が大きくなり、単結晶体や坩堝の回転による強制対流と相まって流動も複雑化し、単結晶の育成界面近傍における温度分布が不安定になる。育成界面近傍における温度分布が不安定な状態では単結晶体の成長の際に散乱体の原因になる空孔が単結晶体中に多数形成される。これに対して、上記の如くに、溶融液の深さを、アズグロウン単結晶体の直胴部直径の0.65倍以下の深さに浅くすると、このような空孔の原因になる自然対流は大きく弱まり、引上げられた単結晶体中に存在する散乱体の数を著しく減少させることが可能になる。   The depth of the crucible of the pulling apparatus used for the production of a conventional metal fluoride single crystal is usually about 3 to 5 times the diameter of the straight barrel of the as-grown single crystal, which is sufficient for the crucible. When the molten metal fluoride (10) is accommodated, the depth of the molten liquid is about twice as large as the diameter of the straight body, and this value is also at the end of pulling. Usually, a liquid amount exceeding 0.75 times the diameter of the straight body part remains. Thus, when the single crystal is pulled up in such a deep state of the melt, the influence of natural convection on the flow of the melt becomes large, and the flow is coupled with the forced convection due to the rotation of the single crystal or the crucible. It becomes complicated and the temperature distribution near the growth interface of the single crystal becomes unstable. When the temperature distribution in the vicinity of the growth interface is unstable, a large number of vacancies that cause scatterers are formed in the single crystal when the single crystal is grown. On the other hand, as described above, when the depth of the melt is reduced to a depth of 0.65 times or less of the diameter of the straight body of the as-grown single crystal, natural convection causing such vacancies is obtained. Is greatly weakened, and the number of scatterers present in the pulled single crystal can be significantly reduced.

なお、ここで散乱体とは、集光照明下で観察を行うと、光を散乱して光っている粒として目視により観測される内部欠陥であり、その粒の最大直径は一般的には100μm以下であり、通常は、10〜100μmのものが観察される。また、その実態は、ほとんどが空孔であり、これらは八面体等の角張った形状をしているのが一般的である。これら散乱体は、通常は、単結晶の特定の方位に面がほぼ揃っており、レーザー光を照射すると入射光と単結晶の方位によって決定される特定の方向にのみ散乱光が観察される。   Here, the scatterer is an internal defect that is visually observed as a particle that scatters and shines light when observed under condensing illumination, and the maximum diameter of the particle is generally 100 μm. The following is observed, and usually 10 to 100 μm is observed. Moreover, most of the actual conditions are holes, and these generally have an angular shape such as an octahedron. These scatterers usually have substantially uniform planes in a specific orientation of the single crystal, and when irradiated with laser light, scattered light is observed only in a specific direction determined by the incident light and the orientation of the single crystal.

前記した内坩堝(5)内に収容するフッ化金属原料の溶融液(10)の深さは、単結晶体内部への散乱体の形成を抑制する効果をより顕著に発揮させる観点からは、アズグロウン単結晶体の直胴部直径の0.55倍以下、さらに好ましくは0.50倍以下の深さにするのがより好ましい。一般には、このフッ化金属原料の溶融液の深さは、15cm以下、より好適には12cm以下であるのが好ましい。また、結晶引上げ工程における、単結晶体と坩堝、あるいは単結晶体と坩堝の底で固化した原料の一部との接触の防止の観点からは、坩堝中に収容されるフッ化金属原料の溶融液の深さは、アズグロウン単結晶体の直胴部直径の0.1倍以上の深さ、一般には3cm以上の深さに保持するのがより好ましい。   The depth of the melt (10) of the metal fluoride raw material housed in the inner crucible (5) described above is from the viewpoint of more remarkably exerting the effect of suppressing the formation of scatterers inside the single crystal. More preferably, the depth is 0.55 times or less, more preferably 0.50 times or less the diameter of the straight body portion of the as-grown single crystal. In general, the depth of the melt of the metal fluoride raw material is preferably 15 cm or less, more preferably 12 cm or less. Also, in the crystal pulling process, from the viewpoint of preventing contact between the single crystal body and the crucible or between the single crystal body and a part of the raw material solidified at the bottom of the crucible, the melting of the metal fluoride raw material accommodated in the crucible The depth of the liquid is more preferably maintained at a depth of 0.1 times or more of the diameter of the straight body portion of the as-grown single crystal, and generally 3 cm or more.

単結晶が所定の大きさに成長した後、ある程度まで降温させ結晶成長炉内から該単結晶を取り出す。該降温速度は適宜選択して実施すればよいが、取り出す際にあまりに急激に冷却すると、得られた単結晶に大きな歪が生じたり極端な場合には熱衝撃によって破損したりするため、結晶成長後の降温は、好適には0.1〜3℃/分である。   After the single crystal grows to a predetermined size, the temperature is lowered to a certain extent and the single crystal is taken out from the crystal growth furnace. The temperature-decreasing rate may be selected as appropriate. However, if it is cooled too rapidly when it is taken out, the resulting single crystal may be greatly distorted or, in extreme cases, damaged by thermal shock. The subsequent temperature drop is preferably 0.1 to 3 ° C./min.

以上では、単結晶引上げ法により単結晶を成長させる方法について述べたが、無論本発明の製造方法は、坩堝降下法などの他の融液成長法にも適用でき、その場合には、それらの方法における公知の方法で単結晶を成長させればよい。   In the above, the method of growing a single crystal by the single crystal pulling method has been described. Of course, the manufacturing method of the present invention can also be applied to other melt growth methods such as a crucible descent method. A single crystal may be grown by a known method.

以上の如き方法により得られたフッ化金属のアズグロウン単結晶体は、切断や研磨などにより光学部材等として所望の形状に加工すればよい。また、結晶引上げ法による得られる単結晶体は複屈折が極めて小さいものであるが、この値をさらに低減させることが望まれる場合は、フッ化金属の種類に応じた温度、例えば、フッ化カルシウム単結晶であれば900〜1350℃下で1〜48時間程度アニール処理してもよい。   The as-grown single crystal of metal fluoride obtained by the method as described above may be processed into a desired shape as an optical member or the like by cutting or polishing. In addition, the single crystal obtained by the crystal pulling method has a very small birefringence. If it is desired to further reduce this value, the temperature depends on the type of metal fluoride, for example, calcium fluoride. If it is a single crystal, it may be annealed at 900 to 1350 ° C. for about 1 to 48 hours.

以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to these Examples.

なお、各物性の評価方法は以下の通りである。   In addition, the evaluation method of each physical property is as follows.

真空紫外光透過率の測定;表面粗さがRMSで0.5nm以下になるまで表面研磨して、厚さ10mmの試料を作製した。これをVUV透過率測定装置(日本分光製 KV−201; 酸素含有量0.2ppm以下の窒素雰囲気中で測定)を用い、その透過率を120〜300nmの範囲で測定した。   Measurement of vacuum ultraviolet light transmittance; surface polishing was performed until the surface roughness was 0.5 nm or less by RMS to prepare a sample having a thickness of 10 mm. This was measured using a VUV transmittance measuring device (manufactured by JASCO Corporation, KV-201; measured in a nitrogen atmosphere with an oxygen content of 0.2 ppm or less) in the range of 120 to 300 nm.

散乱体の数の測定;ガラス製の水槽に測定対象の単結晶体全体が浸漬できる量のマッチングオイル(フッ化カルシウム単結晶の屈折率と同程度の屈折率に調整したオイル)を満たし、その中にアズグロウン体を静置した。次に、一方向から白色のハロゲンランプ光を照射し、該単結晶体を回転させ、視点を変えながら散乱体からの散乱光が観察できる位置を探し、測定対象に存在する散乱体の個数を目視により測定した。   Measurement of the number of scatterers; filled with a matching oil (oil adjusted to a refractive index comparable to the refractive index of the calcium fluoride single crystal) in an amount that allows the entire single crystal to be measured to be immersed in a glass water tank. The as-grown body was left inside. Next, irradiate white halogen lamp light from one direction, rotate the single crystal body, search for a position where scattered light from the scatterer can be observed while changing the viewpoint, and determine the number of scatterers present in the measurement target. It was measured visually.

実施例1
高純度黒鉛製の坩堝(外直径30cm、高さ50cm。底壁面は、水平面に対して下方向への傾斜角度が15度で傾斜するすり鉢状の形状である)にフッ化亜鉛(ステラケミファ社製)を40g投入し、図1に模式図を示す構造の単結晶成長炉内のチャンバー内に設置した。単結晶成長炉は黒鉛製ヒーターを用いた抵抗加熱方式であり、該ヒーターを取り囲むように、黒鉛の多孔質材からなる円筒状の断熱材(6)が設けられている。また、チャンバー(1)には油回転ポンプと油拡散ポンプが接続された真空排気ラインが設けられている。
Example 1
Zinc fluoride (Stella Chemifa Co., Ltd.) made of high-purity graphite crucible (outer diameter 30 cm, height 50 cm. The bottom wall surface is a mortar-shaped shape with an inclination angle of 15 degrees downward with respect to the horizontal plane) 40 g) was placed in a chamber in a single crystal growth furnace having a structure schematically shown in FIG. The single crystal growth furnace is a resistance heating method using a graphite heater, and a cylindrical heat insulating material (6) made of a graphite porous material is provided so as to surround the heater. The chamber (1) is provided with a vacuum exhaust line to which an oil rotary pump and an oil diffusion pump are connected.

次に、チャンバー内を真空引きし、チャンバー内が5×10−3Pa以下になった時点で、真空排気ラインを遮断して高純度アルゴンガスをチャンバー内に供給し、内圧を1.05気圧にした。その後、ヒーターに通電して加熱を開始した。制御の対象となる温度は坩堝の底部温度を白金‐白金ロジウム熱電対により測定し、約200℃/Hrにて1700℃まで昇温した。なお、後述するように、フッ化カルシウム単結晶(融点1420℃)を成長させる際の該坩堝底部の温度は1550℃(130℃差)であり、上記坩堝底部の温度1700℃では、結晶成長界面に相当する部分の温度も、130℃程度低い(約1570℃)と推測される。また、総合伝熱解析によるシミュレーション計算結果も坩堝底部の温度1700℃のときには、結晶成長界面に相当する場所の温度は1570℃であった。 Next, the inside of the chamber is evacuated, and when the inside of the chamber becomes 5 × 10 −3 Pa or less, the vacuum exhaust line is shut off and high purity argon gas is supplied into the chamber, and the internal pressure is 1.05 atm. I made it. Thereafter, the heater was energized to start heating. The temperature to be controlled was measured by measuring the bottom temperature of the crucible with a platinum-platinum rhodium thermocouple and increasing the temperature to 1700 ° C. at about 200 ° C./Hr. As will be described later, the temperature at the bottom of the crucible when growing a calcium fluoride single crystal (melting point: 1420 ° C.) is 1550 ° C. (difference of 130 ° C.). The temperature of the portion corresponding to is estimated to be as low as about 130 ° C. (about 1570 ° C.). Further, the simulation calculation result based on the comprehensive heat transfer analysis also showed that the temperature corresponding to the crystal growth interface was 1570 ° C. when the temperature at the bottom of the crucible was 1700 ° C.

坩堝底部の温度が1700℃に到達した後、その温度のまま180分間保持した。1700℃までの昇温中及び該温度での保持中はアルゴンガスを流さず、膨張した炉内ガスの排気のみを行い、チャンバーの内圧が1.0気圧から1.1気圧の範囲に保持した。その後、油回転ポンプと油拡散ポンプを用いることによりチャンバー内を1Pa以下まで真空引きした。その圧力に到達した時点からさらに180分間保持した。この減圧下における保持の際の温度は、坩堝底部の温度で1750℃とした。また1Pa以下まで到達して180分間経過後の真空度は2×10−2Paであった。 After the temperature at the bottom of the crucible reached 1700 ° C., the temperature was maintained for 180 minutes. While the temperature was raised to 1700 ° C. and maintained at that temperature, argon gas was not passed, but only the expanded furnace gas was exhausted, and the internal pressure of the chamber was maintained in the range of 1.0 to 1.1 atm. . Thereafter, the chamber was evacuated to 1 Pa or less by using an oil rotary pump and an oil diffusion pump. The pressure was maintained for an additional 180 minutes after reaching that pressure. The temperature at the time of holding under this reduced pressure was set to 1750 ° C. at the bottom of the crucible. The degree of vacuum after reaching 180 Pa after reaching 1 Pa or less was 2 × 10 −2 Pa.

次に、ヒーター出力をゼロにして室温付近まで降温した後、真空排気ラインを遮断し、高純度アルゴンガスをチャンバー内に供給して内圧を1.05気圧にした。   Next, after the heater output was reduced to zero and the temperature was lowered to around room temperature, the vacuum exhaust line was shut off, and high-purity argon gas was supplied into the chamber to bring the internal pressure to 1.05 atm.

次に図3として簡略図を記載した手法により、チャンバー開口部の外側部分を気密用ポリプロピレンシートで完全に覆い、チャンバーと気密用シートで囲まれた空間にフッ化カルシウム原料を40kgとフッ化亜鉛(ステラケミファ社製)4gをセットした。この空間内の空気をArガスで十分に置換した後に、チャンバーを開放し、外気が混入しない状態で、上記フッ化カルシウム原料とフッ化亜鉛を坩堝の中に投入した。   Next, the outer portion of the chamber opening is completely covered with an airtight polypropylene sheet by a method described in a simplified diagram as FIG. 3, and 40 kg of calcium fluoride raw material and zinc fluoride are enclosed in a space surrounded by the chamber and the airtight sheet. 4 g (manufactured by Stella Chemifa) was set. After sufficiently replacing the air in the space with Ar gas, the chamber was opened, and the calcium fluoride raw material and zinc fluoride were charged into the crucible in a state in which outside air was not mixed.

次に、チャンバー開口部を完全に閉じてチャンバー内を真空引きし、5×10−3Pa以下に達した時点で、真空引きを継続しながらヒーターに通電し原料の加熱を開始した。約200℃/Hrで坩堝底部の温度が250℃になるまで昇温し、この温度に6時間保持した。6時間後のチャンバー内の真空度は2×10−3Paであった。上記保持後、約200℃/Hrで再び昇温を開始し、坩堝底部の温度が600℃に達した時点で、真空排気ラインを遮断し、高純度アルゴンをチャンバー内に供給し、内圧を1.05気圧にした。高純度アルゴンを1L/minの流量で供給し、チャンバー内圧が1.05気圧を保つように排気を行った。チャンバー上部に設けた覗き窓から観察し、原料が完全に溶融した坩堝底部の温度1600℃の状態でヒーター出力を60分保持した。その際に溶融した原料の表面に微量の固体不純物が現れたため、掬い取って原料中から除去した。 Next, the chamber opening was completely closed and the inside of the chamber was evacuated. When the pressure reached 5 × 10 −3 Pa or less, the heater was energized while continuing the evacuation to start heating the raw material. The temperature was raised at about 200 ° C./Hr until the temperature at the bottom of the crucible reached 250 ° C. and held at this temperature for 6 hours. The degree of vacuum in the chamber after 6 hours was 2 × 10 −3 Pa. After the above holding, the temperature rise is started again at about 200 ° C./Hr. When the temperature at the bottom of the crucible reaches 600 ° C., the vacuum exhaust line is shut off, high-purity argon is supplied into the chamber, and the internal pressure is 1 .05 atm. High purity argon was supplied at a flow rate of 1 L / min, and evacuation was performed so that the chamber internal pressure was maintained at 1.05 atm. Observation from a viewing window provided in the upper part of the chamber, the heater output was maintained for 60 minutes at a temperature of 1600 ° C. at the bottom of the crucible where the raw material was completely melted. At that time, a small amount of solid impurities appeared on the surface of the melted raw material, which was scraped and removed from the raw material.

次に、ヒーター出力を低下させ、坩堝底部の温度1550℃に30分間保持した後、〔100〕の種結晶を溶融液表面に接触させ、育成を開始した。種結晶は10回/分にて回転させ、5mm/Hrにて引き上げを行った。育成開始後は、引き上げ軸に設けたロードセルによって結晶成長速度を測定し、これをヒーター出力にフィードバックすることにより、予め設定した結晶形状に近づけるように自動制御を行った。   Next, the heater output was reduced and held at a temperature of 1550 ° C. at the bottom of the crucible for 30 minutes, and then the seed crystal of [100] was brought into contact with the melt surface to start growing. The seed crystal was rotated at 10 times / minute and pulled up at 5 mm / Hr. After the start of the growth, the crystal growth rate was measured by a load cell provided on the pulling shaft, and this was fed back to the heater output to perform automatic control so as to approach the preset crystal shape.

結晶成長終了後、300℃まで50℃/Hrで降温し、その後ヒーターを切って常温まで降温した。   After completion of crystal growth, the temperature was lowered to 300 ° C. at 50 ° C./Hr, and then the heater was turned off to lower the temperature to room temperature.

得られたフッ化カルシウム単結晶は最大直径17cm、重量18.3kgであった。また、この単結晶体中の直胴部に存在する散乱体の数は、約0.06個/cmであった。この結晶を育成方向に垂直な面でスライスした後、該試料について、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1と図4に示す。 The obtained calcium fluoride single crystal had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 18.3 kg. Further, the number of scatterers present in the straight body portion in the single crystal was about 0.06 / cm 3 . After slicing the crystal along a plane perpendicular to the growth direction, vacuum ultraviolet light transmittance of the sample was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

実施例2
フッ化カルシウム原料を成長炉内に投入するに先立って清浄用フッ化物の存在下に該炉を加熱処理する際に、該清浄用フッ化物として、フッ化亜鉛に代えてフッ化鉛(40g)を用いた以外は実施例1と同様の方法でフッ化カルシウム単結晶を得た。
Example 2
When the furnace is heat-treated in the presence of a cleaning fluoride prior to feeding the calcium fluoride raw material into the growth furnace, lead fluoride (40 g) is used as the cleaning fluoride instead of zinc fluoride. A calcium fluoride single crystal was obtained in the same manner as in Example 1 except that was used.

得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径17cm、重量16.1kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1と図5に示す。   The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 16.1 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

実施例3
用いた種結晶を〔111〕のものに変更した以外は実施例1と同様にして単結晶体を成長させた。
Example 3
A single crystal was grown in the same manner as in Example 1 except that the seed crystal used was changed to [111].

得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径17cm、重量19.5kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1と図5に示す。   The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 19.5 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

実施例4
フッ化カルシウム原料を成長炉内に投入するに先立って、清浄用フッ化物(フッ化亜鉛)の存在下に該炉を加熱処理する際に、アルゴン雰囲気中、チャンバーの内圧が1.0気圧から1.1気圧の範囲に保持する際の温度を1650℃、1Pa以下の圧力に真空引きして保持する際の温度を1690℃とした以外は実施例1と同様にしてフッ化カルシウムの単結晶を製造した。なお、総合伝熱解析によるシミュレーション計算結果では、坩堝底部の温度1650℃のときには、結晶成長界面に相当する場所の温度は1520℃であった。
Example 4
Prior to introducing the calcium fluoride raw material into the growth furnace, when the furnace is heated in the presence of a cleaning fluoride (zinc fluoride), the internal pressure of the chamber is reduced from 1.0 atm in an argon atmosphere. 1.1 Calcium fluoride single crystal in the same manner as in Example 1 except that the temperature at the time of holding at 1 atm is 1650 ° C. and the temperature at the time of holding by vacuuming to 1 Pa or less is 1690 ° C. Manufactured. In the simulation calculation result by the comprehensive heat transfer analysis, when the temperature at the bottom of the crucible was 1650 ° C., the temperature corresponding to the crystal growth interface was 1520 ° C.

得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径17cm、重量16.7kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1と図5に示す。   The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 16.7 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

実施例5
フッ化カルシウム原料を成長炉内に投入するに先立って、清浄用フッ化物(フッ化亜鉛)の存在下に該炉を加熱処理する際に、アルゴン雰囲気中、チャンバーの内圧が1.0気圧から1.1気圧の範囲に保持する際の温度を1610℃、1Pa以下の圧力に真空引きして保持する際の温度を1650℃とした以外は実施例1と同様にしてフッ化カルシウムの単結晶を製造した。なお、総合伝熱解析によるシミュレーション計算結果では、坩堝底部の温度1610℃のときには、結晶成長界面に相当する場所の温度は1480℃であった。
Example 5
Prior to introducing the calcium fluoride raw material into the growth furnace, when the furnace is heated in the presence of a cleaning fluoride (zinc fluoride), the internal pressure of the chamber is reduced from 1.0 atm in an argon atmosphere. 1.1 Calcium fluoride single crystal in the same manner as in Example 1 except that the temperature at which the pressure is maintained is 1610 ° C. and the temperature at which the pressure is maintained at 1 Pa or less is 1650 ° C. Manufactured. In the simulation calculation result by comprehensive heat transfer analysis, when the temperature at the bottom of the crucible was 1610 ° C., the temperature corresponding to the crystal growth interface was 1480 ° C.

得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径17cm、重量18.3kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1に示す。   The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 18.3 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1.

実施例6
結晶引上げ速度を、3mm/hrとした以外は実施例1と同様にしてフッ化カルシウムを得た。得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径23cm、重量16.4kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1と図5に示す。
Example 6
Calcium fluoride was obtained in the same manner as in Example 1 except that the crystal pulling rate was 3 mm / hr. The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 23 cm and a weight of 16.4 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

実施例7
用いた坩堝を、図2に構造を示す二重構造坩堝とした。外坩堝(4a)は、内直径38cm(外直径40cm)であり、高さ30cmのものであった。この外坩堝(4a)内に、連結部材によりチャンバーのリッド材(16)に固定された状態で収納される内坩堝(4b)は、内直径25cm(外直径26cm)であり、高さ14cmのものであった。内坩堝(4a)の底壁は、水平面に対して下方向への傾斜角度が15度で傾斜する縦断面の形状がV字状(すり鉢状)の形状であった。その下端部に一個と、その上方に25mmの高さの位置の円周上に均等間隔で8個、口径が4mmの円筒状の連通孔(18)が各形成されていた(これらの連通孔の総開口面積は、内坩堝の上端開口面積に対して0.2%であった)。
Example 7
The crucible used was a double structure crucible whose structure is shown in FIG. The outer crucible (4a) had an inner diameter of 38 cm (outer diameter of 40 cm) and a height of 30 cm. The inner crucible (4b) accommodated in the outer crucible (4a) while being fixed to the lid material (16) of the chamber by a connecting member has an inner diameter of 25 cm (outer diameter of 26 cm) and a height of 14 cm. It was a thing. The bottom wall of the inner crucible (4a) had a V-shaped (mortar shape) vertical cross-sectional shape inclined at an inclination angle of 15 degrees downward with respect to the horizontal plane. A cylindrical communicating hole (18) having a diameter of 4 mm and a cylindrical communicating hole (18) each having a uniform diameter of 8 on the circumference at a position of a height of 25 mm was formed at the lower end thereof (these communicating holes). The total opening area was 0.2% with respect to the upper opening area of the inner crucible).

清浄用フッ化物であるフッ化亜鉛を、該二重構造坩堝における外坩堝(4a)と内坩堝(4b)とにより形成される空間内に投入し、他は実施例1と同様にして成長炉を加熱処理した。   Zinc fluoride, which is a fluoride for cleaning, is charged into the space formed by the outer crucible (4a) and the inner crucible (4b) in the double structure crucible, and the growth furnace is the same as in Example 1 except that Was heat-treated.

ついで、フッ化カルシウム原料とフッ化亜鉛を投入、加熱して溶融液とし坩堝底部の温度1550℃の状態となるまで、固体不純物の掬い取り操作を行わなかった以外は実施例1と同様の操作を行った。その後、覗き窓(12)より、内坩堝(4b)内に収容された溶融液の表面状態を観察したところ、固体不純物の浮遊が確認されたので、支持軸(2)を下降させて、外坩堝(4a)に対する内坩堝(4b)の収納深さを浅くして、該内坩堝内に収容された単結晶原料の溶融液(10)の全量を一旦外坩堝内に流出させ、その後再度、支持軸(2)を上昇させて、外坩堝(4a)に対する内坩堝(4b)の収納深さを深くして、上記外坩堝(4a)内の原料フッ化カルシウムの溶融液を該内坩堝内に供給する操作を実施した。上記操作の後において、外坩堝(4a)に対する内坩堝(4b)の収納深さは、該内坩堝(4b)内において、原料フッ化カルシウムの溶融液(7)の深さが6cmになる深さであった。また、覗き窓(12)より、内坩堝(4b)内に収容された溶融液(10)の表面状態を再度観察したが、このときには固体不純物は確認できなかった。   Next, the same operation as in Example 1 was carried out except that the calcium impurity raw material and zinc fluoride were charged and heated to obtain a molten liquid until the temperature at the bottom of the crucible reached 1550 ° C. Went. Thereafter, the surface state of the melt contained in the inner crucible (4b) was observed from the observation window (12). As a result, it was confirmed that the solid impurities were floating. The storage depth of the inner crucible (4b) with respect to the crucible (4a) is reduced, and the entire amount of the single crystal raw material melt (10) stored in the inner crucible is once flowed out into the outer crucible, and then again, The support shaft (2) is raised to increase the storage depth of the inner crucible (4b) with respect to the outer crucible (4a), and the raw material calcium fluoride melt in the outer crucible (4a) is put into the inner crucible. The operation to supply to was carried out. After the above operation, the storage depth of the inner crucible (4b) relative to the outer crucible (4a) is such that the depth of the raw calcium fluoride melt (7) is 6 cm in the inner crucible (4b). That was it. Further, the surface state of the melt (10) accommodated in the inner crucible (4b) was observed again from the observation window (12), but at this time, solid impurities could not be confirmed.

次いで、単結晶引上げ棒(9)を垂下させて、種結晶(111)を原料フッ化カルシウムの溶融液の表面に接触させ、単結晶の引上げを開始した。種結晶は、6回/分で回転させ、他方、外坩堝(4)も、これと逆方向に2回/分で回転させた状態で引上げを行った。上記引上げ中において、支持軸(2)を、内坩堝(5)内の溶融液(7)の深さが前記6cmに維持されるように、連続的に上昇させた。引上げ終了後、冷却速度15℃/Hrにて常温まで降温した。   Next, the single crystal pulling rod (9) was suspended, the seed crystal (111) was brought into contact with the surface of the raw material calcium fluoride melt, and the pulling of the single crystal was started. The seed crystal was rotated at 6 times / minute, while the outer crucible (4) was also pulled up at a speed of 2 times / minute in the opposite direction. During the pulling up, the support shaft (2) was continuously raised so that the depth of the melt (7) in the inner crucible (5) was maintained at 6 cm. After completion of the pulling, the temperature was lowered to room temperature at a cooling rate of 15 ° C./Hr.

得られたフッ化カルシウムの結晶は最大直径17cm、重量17.5kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。結果を表1に示す。なお、この単結晶体中の直胴部に存在する散乱体の数は、約0.002個/cmであった。 The obtained calcium fluoride crystals had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 17.5 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The results are shown in Table 1. Note that the number of scatterers present in the straight body portion of the single crystal was about 0.002 particles / cm 3 .

比較例1
フッ化カルシウム原料を成長炉内に投入するに先立って、清浄用フッ化物(フッ化亜鉛)の存在下に該炉を加熱処理する工程に代えて、清浄用フッ化物を何ら用いずに加熱処理した以外は実施例1と同様にしてフッ化カルシウム単結晶を製造した。
Comparative Example 1
Prior to charging the calcium fluoride raw material into the growth furnace, the heat treatment is performed without using any cleaning fluoride instead of the process of heating the furnace in the presence of the cleaning fluoride (zinc fluoride). A calcium fluoride single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that.

尚、フッ化カルシウム原料を投入する前の加熱処理において1kPa以下まで真空引きして180分保持した後の真空度は3×10−2Paであり、フッ化カルシウム原料を投入した後に250℃にて2時間保持した後の真空度は2×10−3Paであった。 In addition, the vacuum degree after evacuating to 1 kPa or less and holding for 180 minutes in the heat treatment before feeding the calcium fluoride raw material is 3 × 10 −2 Pa. The vacuum after holding for 2 hours was 2 × 10 −3 Pa.

得られたフッ化カルシウム単結晶は最大直径17cm、重量17.7kgであった。この単結晶体から実施例1と同様にして試料を作製し、真空紫外光透過率を測定した。評価結果を表1と図1に示す。   The obtained calcium fluoride single crystal had a maximum diameter of 17 cm and a weight of 17.7 kg. A sample was prepared from this single crystal in the same manner as in Example 1, and the vacuum ultraviolet light transmittance was measured. The evaluation results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0004463730
Figure 0004463730

図1は、本発明の製造方法を適用する結晶成長炉の代表的態様を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a typical embodiment of a crystal growth furnace to which the production method of the present invention is applied. 図2は、本発明の製造方法を適用する結晶成長炉の別の態様において用いられる二重構造坩堝部分の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a double structure crucible portion used in another embodiment of the crystal growth furnace to which the manufacturing method of the present invention is applied. 図3は、スカベンジャーの存在下に加熱した結晶成長炉内にフッ化金属原料を投入する際に、該成長炉内が外気に触れないようにするための一実施態様を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment for preventing the inside of the growth furnace from coming into contact with the outside air when the metal fluoride raw material is charged into the crystal growth furnace heated in the presence of the scavenger. 図4は、清浄用フッ化物による事前の加熱処理を行った場合と、行わなかった場合の真空紫外光透過率を比較するグラフである。FIG. 4 is a graph comparing the vacuum ultraviolet light transmittance when the heat treatment with the cleaning fluoride is performed and when it is not performed. 図5は本発明の製造方法により製造されたフッ化カルシウム単結晶の真空紫外光透過率を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the vacuum ultraviolet light transmittance of a calcium fluoride single crystal produced by the production method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1;チャンバー
2;支持軸
3;受け台
4;坩堝
4’;二重構造坩堝
4a;外坩堝
4b;内坩堝
5;加熱ヒーター
6;断熱材壁
7;種結晶体
8;保持具
9;単結晶引上げ棒
10;フッ化金属原料の溶融液
11;フッ化金属単結晶インゴット
12;覗き窓
13;単結晶引上げ棒の挿入孔
14;天井板
15;隔離壁
16;リッド材
17;底部断熱材
18;連通孔
19;内坩堝の底壁
20;内坩堝の側壁
1; chamber 2; support shaft 3; cradle 4; crucible 4 '; double structure crucible 4a; outer crucible 4b; inner crucible 5; heater 6; heat insulating material wall 7; seed crystal 8; Crystal pulling rod 10; Metal fluoride raw material melt 11; Metal fluoride single crystal ingot 12; Viewing window 13; Single crystal pulling rod insertion hole 14; Ceiling plate 15; Isolation wall 16; Lid member 17; 18; communication hole 19; bottom wall 20 of the inner crucible; side wall of the inner crucible

Claims (3)

フッ化金属単結晶を融液成長により製造する方法において、単結晶成長炉にフッ化金属原料を投入するに先立ち、該成長炉を、その電気陰性度が前記フッ化金属を構成する金属元素よりも大きくかつ酸素よりも小さい元素のフッ化物であって、水と反応し得るフッ化物の存在下に加熱する工程を行った後、該成長炉内部が外気と接触しない状態を保持したまま該成長炉内にフッ化金属原料を投入することを特徴とする前記フッ化金属単結晶の製造方法。 In a method for producing a metal fluoride single crystal by melt growth, prior to introducing a metal fluoride raw material into a single crystal growth furnace, the growth furnace is made to have an electronegativity higher than that of a metal element constituting the metal fluoride. Larger and smaller than oxygen, and after the step of heating in the presence of a fluoride capable of reacting with water , the growth furnace is maintained in a state where it does not come into contact with outside air. The method for producing a metal fluoride single crystal, wherein a metal fluoride raw material is charged into a furnace . その電気陰性度が前記フッ化金属を構成する金属元素よりも大きくかつ酸素よりも小さい元素のフッ化物であって、水と反応し得るフッ化物の存在下に成長炉を加熱する工程の少なくとも一部を、減圧下に行う請求項1記載のフッ化金属単結晶の製造方法。   At least one of the steps of heating the growth furnace in the presence of a fluoride having an electronegativity greater than that of the metal element constituting the metal fluoride and less than oxygen and capable of reacting with water. The method for producing a metal fluoride single crystal according to claim 1, wherein the part is performed under reduced pressure. その電気陰性度が前記フッ化金属を構成する金属元素よりも大きくかつ酸素よりも小さい元素のフッ化物であって、水と反応し得るフッ化物の存在下に成長炉を加熱する工程の際に付与する最高温度を、フッ化金属単結晶を融液成長により製造する際の温度よりも50℃以上高い温度とすることを特徴とする請求項1又は2記載のフッ化金属単結晶の製造方法。 During the step of heating the growth furnace in the presence of a fluoride having an electronegativity greater than that of the metal element constituting the metal fluoride and less than oxygen and capable of reacting with water 3. The method for producing a metal fluoride single crystal according to claim 1, wherein the highest temperature to be applied is a temperature higher by 50 ° C. or more than a temperature at which the metal fluoride single crystal is produced by melt growth. .
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