KR100908587B1 - 광학 부재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 광학 부재의 제조 방법은 불화물 결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과, 잉곳의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하는 면방위 측정 공정과,

면방위 측정 공정에서 얻어지는 결정면 방위의 어느 하나를 따라 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 절단 공정과, 광학 소재에 소정 가공 처리를 하여 광학 부재를 얻는 가공 공정을 구비한다.

광학 부재, 잉곳, 불화물, 면방위 측정

Description

광학 부재의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING OPTICAL MEMBER}

본 발명은 불화물 결정으로 이루어지는 광학 부재의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 카메라, 현미경, 망원경 등의 광학 기기, 스테퍼 등의 광리소그래피 장치에서의 광학계 등에 사용되는 광학 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 웨이퍼 위에 집적 회로 패턴을 묘화하는 리소그래피 기술이 급속히 발전하고 있다. 집적 회로의 고집적화의 요구는 더욱더 고조되고 있으며, 이를 실현하기 위해서는 투영 노광 장치의 투영 광학계의 해상력을 높일 필요가 있다. 투영 렌즈의 해상력은 사용하는 빛의 파장과 투영 렌즈의 NA (개구수) 에 의해 지배된다. 해상력을 높이기 위해서는 사용하는 빛의 파장을 보다 짧게 하고, 투영 광학계의 NA 를 보다 크게 (대구경화) 하면 된다.

투영 노광 장치에 사용하는 빛의 단파장화는 이미 g 선 (파장 436㎚), i 선 (파장 365㎚) 으로 진행되고 있으며, 나아가 파장이 짧은 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚), ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 등의 사용도 검토되고 있다. 이렇게 빛의 단파장화가 진행되면, 투영 광학계 등의 결상 광학계에서 일반적인 다성분계의 광학 유리를 렌즈 재료로 사용하는 것은 투과율 저하의 점에서 불가능해진다. 그래서, 엑시머 레이저 스테퍼의 광학계에는 석영 유리 또는 불화물 결정 (예컨대 불화칼슘 (형석)) 을 광학 부재로 사용하는 것이 일반적으로 되어 있다.

또한 엑시머 레이저 스테퍼의 광학계에 사용하는 광학 부재로서의 광학 성능을 만족시키기 위해서는 결정 재료가 단결정인 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 또한, 투영 노광 장치의 고성능화에 수반되어 최근에는 구경이 φ120㎜ ∼ φ350㎜ 정도인 대구경의 불화칼슘 단결정이 요구되고 있다. 불화칼슘 (형석) 단결정은 일반적인 광학 유리에 비해 굴절률이 낮고, 또한 분산 (굴절률의 파장 의존성) 이 작기 때문에, 다른 재료로 이루어지는 광학 부재와 함께 사용하였을 때에 색수차를 보정할 수 있다는 점에서 매우 유효하다. 또한 다른 불화물 결정 (불화바륨 등) 에 비해 시장에서의 입수가 용이하고, 직경 φ120㎜ 이상의 대구경 단결정도 입수 가능하다.

이러한 이점을 갖는 불화칼슘 단결정은 스테퍼용 광학 재료 이외에, 카메라, 현미경 및 망원경의 렌즈 재료로도 종래부터 사용되고 있다. 또한 최근에는 불화칼슘 단결정 이외의 불화물 단결정인 불화바륨, 불화스트론튬의 단결정도 같은 등축정계에 속하여 성질이 비슷하다는 점에서 차세대 광학 재료로 주목받고 있다.

불화물 단결정의 결정 육성 방법으로는 융액법인 브리지먼법 (스톡버거법 또는 인하법) 이나, 탄만법 등 많은 방법이 알려져 있다. 여기서, 브리지먼법 등에 의해 제조된 불화물 결정의 성장 방위에 우위성은 없는 것으로 알려져 있다. 실제, 얻어진 잉곳의 수평면은 결정 성장 마다 랜덤한 결정면 방위를 나타낸다.

결정 성장 후, 빼낸 잉곳에는 큰 잔류 응력이 존재하기 때문에, 통상 잉곳의 형상 그대로 간단한 열처리가 행해진다. 이어서, 목적하는 제품에 따라 잉곳이 적당한 크기로 절단 가공되고, 잘려진 소재에 원하는 광학 성능 (굴절률의 균질성, 복굴절 등) 을 얻기 위한 열처리가 실시된다.

결정면 방위를 고려하지 않는 경우, 잉곳을 수평하게 절단 (가로로 둥글게 자름) 함으로써, 보다 큰 광학 소자 (렌즈 등) 제작용 소재를 잉곳으로부터 효율적으로 잘라낼 수 있다.

또한, 불화물 단결정의 {111} 면은 다른 결정면에 비해 면에 수직한 방향의 광학 성능이 높은 것으로 알려져 있다. 그래서, 광학 성능이 양호한 불화물 단결정을 얻기 위해, 불화물 단결정 잉곳의 {111} 면을 관찰하고, 이 {111} 면이 평행 2 평면이 되도록 광학 소자 제작용 소재를 잘라낸 후에 열처리하는 방법, 또는 결정 육성에 의해 얻어진 불화물 단결정의 잉곳에 대해 열처리를 실시한 후, 대향하는 2 평면이 {111} 면이 되도록 광학 소자 제작용 소재를 잘라내는 방법이 적용되는 경우가 있다.

그런데, 복굴절이란 빛 (전자파) 의 편광 방향에 따라 상이한 굴절률을 나타내는 현상으로, 통상 빛이 물질의 단위 길이를 통과할 때의 광로차 (리타데이션이라고 함) 로 표시되고, 그 단위는 ㎚/㎝ 가 사용된다. 또한 복굴절이 왜곡에 기인하고 있는 경우에는 이 복굴절을 왜곡이라고 부르는 경우도 많다.

종래, 불화칼슘 등의 등축정계의 단결정은 물질 고유의 복굴절을 갖지 않는 것으로 알려져 있었다. 그리고, 불화칼슘의 단결정의 경우, 제조 공정에서 발생되는 열응력에 의해 복굴절이 발생하여도 그 복굴절은 자유로운 광학 설계에 방해가 되지 않을 수준까지 저감할 수 있는 것으로 알려져 있었다. 실제, 633㎚ 의 비교적 장파장의 빛에 대해서는 소정 열처리를 실시함으로써 복굴절의 값을 1 ∼ 2㎚/㎝ 정도까지 저감할 수 있었다.

이러한 배경 하에서, 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 방법으로는 결정의 벽개라는 현상을 이용하여 간이적으로 {111} 면의 방향을 구하는 방법이 일반적이었다. 그리고, 그 광학 소재로부터 얻어지는 광학 부재를 사용하여 광학계를 쌓아올리는 경우, {111} 면의 법선이 광축과 일치하도록 광학 부재가 배치되는데, {111} 면 이외의 결정면 방향에서의 복굴절은 고려되지 않았다.

발명의 개시

그러나, 최근의 연구를 통해 불화칼슘의 단결정에서는 설령 완전히 열응력에 기인하는 응력을 제거하더라도 결정 방위에 따라서는 불화칼슘의 단결정에 고유의 복굴절이 발생됨이 판명되었다. 이 고유의 복굴절은 사용하는 빛의 파장이 짧아지면 증대된다. 예컨대 빛의 파장이 633㎚, 193㎚, 157㎚ 로 짧아짐에 따라 {110} 면의 법선 방향으로 진행하는 빛의 복굴절은 각각 0.2㎚/㎝ 이하, 3.4㎚/㎝, 11.2㎚/㎝ 가 된다.

그리고, 종래의 방법에 의해 불화물 단결정 잉곳으로부터 광학 소자 제작용 소재를 잘라내어 제조된 광학 부재에서는 단파장의 빛과 함께 사용하였을 경우에 불화물 단결정의 고유 복굴절이 문제가 되기 쉽다. 특히 복수의 광학 부재로 구성되는 스테퍼의 광학계 등의 경우, 당해 고유의 복굴절의 영향이 광학계 전체에서 적산되기 때문에, 수차가 증대하여 결상 성능이 저하되거나 한다.

그래서, 단파장의 빛과의 병용에 견딜 수 있는 광학 부재를 선정하여 광학계 에 적용하고 있는 실정이지만, 충분한 결상 성능을 얻기는 결코 쉽지 않다. 또한, 이러한 광학 부재는 종래의 방법에 의한 광학 소재로부터는 매우 적은 매수밖에 제작할 수 없으며, 제조 공정에서의 수율 관점에서도 극복해야 할 과제가 많다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 결정면 방위를 관리하여 복굴절의 영향을 충분히 저감할 수 있는 광학 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 불화물 결정 잉곳의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하고, 이들 결정면 방위의 어느 하나를 따라 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라냄으로써, 복굴절 영향의 저감이 가능한 광학 부재가 용이하고 확실하게 얻어진다는 것을 발견하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 광학 부재의 제조 방법은 불화물 결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과, 잉곳의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하는 면방위 측정 공정과, 면방위 측정 공정에서 얻어지는 결정면 방위의 어느 하나를 따라 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 절단 공정과, 광학 소재에 소정 가공 처리를 하여 광학 부재를 얻는 가공 공정을 갖는 것이다.

또 본 발명에서 말하는 광학 소재란 잉곳으로부터 잘라낸 후의 반제품을 말하고, 광학 부재란 가공 처리, 또는 추가로 열처리가 실시된 후의 최종 제품 (렌즈 등) 을 말한다.

본 발명에서 결정면 방위를 나타낼 때에 미러 지수를 사용한다. 미러 지 수란 결정의 단위 격자의 원점에서 면이 결정축과 교차하는 점까지의 거리의, 결정축의 단위 길이에 대한 비의 역수이다. 불화칼슘 등의 입방정계의 경우, 각 결정축의 단위 길이가 a 이고, 원점에서 소정 결정면과 각 결정축의 교점까지의 거리가 각각 a/h, a/k, a/l 일 때, 그 결정면은 미러 지수를 사용하여 (hkl) 로 표시된다.

여기서, 입방정계에서는 방향 [hkl] 은 같은 지수의 면 (hkl) 에 대해 언제나 수직이다. 따라서, 대칭 관계에 있는 방향은 하나의 지수로 대표되어 〈hkl〉로 표시되고, 또한 대칭 관계에 있는 등가의 격자면도 하나의 지수로 대표되어 {hkl} 로 표시된다. 예컨대 입방체의 체대각선 [111] 축, [1-11]축, [-1-11] 축, [-111] 축 등은 모두〈111〉축에 의해 대표되고, 입방체의 표면 (100) 면, (010) 면, (-100) 면, (0-10) 면, (001) 면, (00-1) 면은 {100} 면에 의해 대표된다. 입방정인 불화물 단결정의 축 ([100] 축, [010] 축, [001] 축, [110] 축, [101] 축, [011] 축, [111] 축) 을 도 1 에 나타낸다.

또 결정면 방위의 측정은 결정축의 측정과 등가이다. 예컨대 {111} 면방위를 측정하는 것은〈111〉축을 측정하는 것과 등가이다.

예컨대 불화칼슘의 경우, {111} 면을 기준으로 한 광학 부재에 있어서,〈111〉축을 중심으로 120°회전 방향으로 3 회의 복굴절의 피크 (복굴절 대칭축 〈110〉) 가 존재한다. 이 광학 부재의 광축과, 〈111〉축을 중심으로 하여 60°회전시킨 광학 부재 (도 2b) 의 광축을 일치시켜 광학계를 제작함으로써, 2 개의 광학 부재는〈110〉축이 겹치지 않도록 배치되므로, 불화물 결정 고유의 복굴절에 의한 영향을 충분히 저감시킬 수 있다.

또한, 도 3a 에 나타내는 바와 같이, {100} 면을 기준으로 한 광학 부재에서는〈100〉축을 중심으로 하여 90°회전 방향으로 4 회의 복굴절 피크 (복굴절 대칭축〈110〉) 가 존재한다. 이 광학 부재의 광축과,〈100〉축을 중심으로 하여 45°회전시킨 광학 부재 (도 3b) 의 광축을 일치시켜 광학계를 제작함으로써, 2 개의 광학 부재는〈110〉축이 겹쳐지지 않도록 배치되므로, 이 경우에도 불화물 결정 고유의 복굴절에 의한 영향을 충분히 저감시킬 수 있다.

또한, 도 4a 에 나타내는 바와 같이, {110} 면을 기준으로 한 광학 부재에서는〈110〉축을 중심으로 하여 90°의 회전 방향으로 2 회의 복굴절 피크 (복굴절 대칭축〈111〉및〈100〉) 가 존재한다. 이 광학 부재의 광축과,〈110〉축을 중심으로 하여 각각 45°, 90°, 135°회전시킨 광학 부재 (도 4b, 도 4c, 도 4d) 의 광축을 일치시켜 광학계를 제작함으로써, 4 개의 광학 부재는〈111〉축 및〈100〉축의 쌍방이 겹쳐지지 않도록 배치되므로, 이 경우에도 불화물 결정 고유의 복굴절에 의한 영향을 충분히 저감시킬 수 있다.

또한, 이렇게 광학 부재별로 결정면 방위를 관리함으로써, 다양한 면방위를 갖는 광학 부재를 조합하여 광학계를 쌓아올릴 수 있어 설계의 자유도를 크게 할 수 있다.

본 발명에서는 결정면 방위가 {111} 면, {100} 면 및 {110} 면으로부터 선택되는 2 개 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 면방위 측정 공정에서 결정면 방위에 대한 기준선을 잉 곳에 형성하고, 절단 공정에서 이 기준선에 기초하여 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 면방위 측정 공정이 잉곳의 톱부 또는 콘부를 절단하여 얻어지는 테스트 피스 부분의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하고, 측정된 테스트 피스의 결정면 방위로부터 잉곳의 결정면 방위를 구하는 것이 바람직하다. 또 여기서 말하는 콘부란 잉곳 선단의 원추 부분을 의미하고, 톱부란 잉곳의 콘부와 반대측의 단부를 의미한다.

또한, 본 발명에서는 면방위 측정 공정이 피검물에 X 선을 조사하여 결정면 방위를 측정하는 라우에법을 이용하는 것이 바람직하고, 라우에법은 측면 반사법에 의한 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 절단 공정에서의 광학 부재의 결정면 방위로부터의 어긋남각이 3°이내인 것이 바람직하다.

도 1 은 입방정인 불화물 단결정에서의 결정면의 방위를 나타내는 설명도이다.

도 2a 및 도 2b 는 각각 2 개의 광학 부재를 조합할 때의〈111〉축 및〈110〉축의 관계를 나타내는 사시도이고, 실선의 화살표는〈111〉축, 점선의 화살표는〈110〉축을 각각 나타낸다.

도 3a 및 도 3b 는 각각 2 개의 광학 부재를 조합할 때의〈100〉축 및〈110〉축의 관계를 나타내는 사시도이고, 파선의 화살표는〈100〉축, 점선의 화살표는〈110〉축을 각각 나타낸다.

도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d 는 각각 4 개의 광학 부재를 조합할 때의〈111〉축,〈100〉축 및〈110〉축의 관계를 나타내는 사시도이고, 실선의 화살표는〈111〉축, 파선의 화살표는〈100〉축, 점선의 화살표는〈110〉축을 각각 나타낸다.

도 5 는 본 발명에 관한 공정에서의 불화물의 상태를 나타내는 흐름도이다.

도 6 은 본 발명의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.

도 7a ∼ 도 7c 는 각각 본 발명에 관한 결정 육성 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 8 은 본 발명에 관한 면방위 측정 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 9 는 면방위 각도 α, β의 개념을 나타내는 설명도이다.

도 10a ∼ 도 10c, 도 12a ∼ 도 12c, 도 14a ∼ 도 14b, 도 16a ∼ 도 16c, 도 18a ∼ 도 18c, 도 20a ∼ 도 20c 는 각각 소정 단계에서의 잉곳 또는 당해 잉곳으로부터 잘려진 광학 소자를 나타내는 상면도이다.

도 11a ∼ 도 11c, 도 13a ∼ 도 13c, 도 15a ∼ 도 15b, 도 17a ∼ 도 17c, 도 19a ∼ 도 19c, 도 21a ∼ 도 21c 는 각각 소정 단계에서의 잉곳 또는 당해 잉곳으로부터 잘려진 광학 소자를 나타내는 측면도이다.

도 22 는 투영 노광 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 23 은 투영 광학계의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 24 는 투영 광학계의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 25 는 투영 광학계의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 26 은 투영 광학계의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 광학 부재의 제조 방법은 불화물 결정 잉곳을 육성하는 육성 공정과, 잉곳의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하는 면방위 측정 공정과, 면방위 측정 공정에서 얻어지는 결정면 방위의 어느 하나를 따라 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 절단 공정과, 광학 소재에 소정의 가공 처리를 하여 광학 부재를 얻는 가공 공정을 갖는 것이다.

도 5 는 본 발명에 관한 각 공정에서의 불화물의 상태를 나타내는 흐름도이다. 도 5 에서, 불화물의 분말 원료 (501) 는 단계 502 에서 용융 등의 전처리가 되어 다결정 벌크 (503) 로 되고, 나아가 단계 504 에서 결정 육성되어 단결정 잉곳 (505) 으로 된다. 이어서 단계 506 에서 잉곳 (505) 에 대해 2 개 이상의 결정면 방위가 측정되고, 얻어진 결정면 방위의 어느 하나를 따라 광학 소재가 잘려진다. 이 광학 소재에 소정 가공 처리 (둥그스름하게 함, 연삭 등), 또는 추가로 열처리 (어닐링 처리) 가 실시되어 목적하는 광학 부재 (507) 가 얻어진다.

본 발명의 제조 방법은 예컨대 도 6 에 나타내는 흐름도에 따라 실시할 수 있다. 도 6 에 나타낸 제조 방법은 불화물 단결정의 잉곳을 육성하는 단계 601, 잉곳의 결정면 방위를 측정하는 단계 602, 절단 방위를 결정하는 단계 603, 광학 소재를 잘라내는 단계 604, 어닐링 처리를 하는 단계 605, 광학 소재의 면방위를 측정하는 단계 606, 렌즈 가공 및 코팅하여 광학 부재를 얻는 단계 607 을 포함하는 것이다. 또한 도 6 에 나타내는 흐름도는 얻어지는 광학 부재 (렌즈 등) 를 조립하여 광학계를 제작하는 단계 608 을 추가로 포함하는 것이다.

이하, 도 6 에 나타낸 흐름도에 따라 본 발명의 제조 방법에 대해 설명한다.

단계 601 은 불화물 단결정의 잉곳을 육성하는 공정이다. 불화물 단결정 잉곳의 육성 방법으로는 융액법인 브리지먼법 (스톡버거법 또는 인하법) 이나, 탄만법 등을 적용할 수 있다. 육성 공정의 바람직한 예로서 브리지먼법 (스톡버거법 또는 인하법) 에 의한 육성 공정을 이하에 상세히 기술한다.

도 7a ∼ 도 7c 는 각각 브리지먼법에 의한 육성 공정에서 사용되는 육성 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 7a ∼ 도 7c 에서, 단열성 및 기밀성을 갖는 육성로 (701) 내에는 펜슬형 (즉 상부가 원주 형상, 하부가 원추 형상) 의 카본제 도가니 (702) 가 배치되어 있다. 도가니 (702) 의 하부 선단에는 지지체 (703) 가 연결되어 있고, 도가니 (702) 는 지지체 (703) 를 통해 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한 육성로 (701) 내에는 상부에 고온측 히터 (704), 하부에 저온측 히터 (705) 가 각각 노 (701) 의 내주면을 따라 배치되어 있고, 노 (701) 내의 상부보다 하부가 저온이 되도록 가열 가능하게 되어 있다. 또한, 육성로 (701) 의 하부에는 노내를 감압하는 배기 라인 (706) 이 형성되어 있다.

육성 공정에서는 먼저 도 7a 에 나타낸 바와 같이 불화물 단결정의 원료가 충전된 도가니 (702) 를 육성로 (701) 내의 상부에 배치하고, 배기 라인 (706) 으로부터 배기하여 육성로 (701) 내를 10^－3 ∼ 10^－4㎩ 의 진공 분위기로 유지한다. 이어서, 히터 (704,705) 에 의해 육성로 (701) 내의 온도를 불화물의 융점 이상 (불화칼슘의 경우에는 1370 ∼ 1450℃) 까지 상승시킴으로써, 원료를 용융시켜 융액 (707) 을 얻는다. 이 때 정전력 출력에 의한 제어 또는 고정밀도의 PID 제어에 의해 히터 (704,705) 를 제어함으로써, 육성로 (701) 내의 온도의 시간적 변동을 억제할 수 있다.

여기서, 자외 내지 진공 자외역에서 사용되는 불화물 단결정의 경우, 원료로서 천연물 (천연의 형석 등) 을 사용하는 것이 아니라, 화학 합성에 의해 얻어지는 고순도 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 원료는 분말 상태로 사용할 수 있지만, 분말 원료의 경우에는 용융하였을 때의 체적 감소가 심하기 때문에, 반용융품이나 그 분쇄품을 사용하는 것이 바람직하다.

또 도가니 (702) 의 선단부에 종결정을 넣으면 얻어지는 잉곳의 결정면 방위가 비교적 제어되는 경향이 있지만, 실제로는 얻어지는 잉곳의 수평면은 결정 성장 마다 랜덤한 결정면 방위를 나타낸다.

다음에, 도 7b 에 나타내는 바와 같이 지지체 (703) 를 통해 도가니 (702) 를 소정 속도 (바람직하게는 0.1 ∼ 5㎜/h) 로 낮춰 융액 (707) 을 도가니 (702) 의 하부측으로부터 서서히 결정화시켜 불화물 단결정 (708) 을 육성 (결정 성장) 시킨다.

그리고, 도 7c 에 나타내는 바와 같이 도가니 (702) 를 육성로 (701) 내의 하부까지 끌어내리고, 융액 (707) 이 도가니 (702) 의 최상부까지 결정화된 시점에서 결정의 육성을 종료한다. 육성된 결정 (709; 잉곳) 이 갈라지지 않도록 급랭을 피하여 육성로 (701) 내의 온도가 실온 정도로 될 때까지 서랭시킨 후, 육성로 (701) 를 대기 개방하여 잉곳 (709) 을 빼낸다. 또 잉곳의 잔류 응력은 통상 매우 크기 때문에, 노 (701) 내에서 실온까지 천천히 강온시키는 것이 바람직하다.

단계 602 는 단계 601 에서 얻어진 불화칼슘 단결정 잉곳의 결정면 방위를 측정하는 공정이고, 단계 603 은 단계 602 에서 얻어진 결정면 방위에 기초하여 광학 소재의 절단 위치를 결정하는 공정이다.

본 발명에서는 X 선에 의한 방법, 기계적 방법, 광학적 방법 등을 이용하여 결정면 방위를 측정할 수 있다.

X 선에 의한 방법으로는 결정을 정지시킨 채 X 선을 조사하는 라우에법, 결정을 회전시키면서 X 선을 조사하는 회전법, 결정을 진동시키면서 X 선을 조사시키는 진동법, 이들 방법을 개량한 와이젠버그법, 프리세션법 등이 있다.

다음에, 기계적 방법에 대해 설명한다. 일반적으로 결정에 적당한 수단으로 소성 변형을 부여하면 그 표면에 결정면 방위에 의해 특징지어지는 여러 표면 모양이 나타난다. 이러한 표면 모양으로는 결정면에 특유의 형상을 갖는 압상 (또는 타상), 특정 결정면을 따른 미끄럼 밴드, 쌍정, 벽개 등을 들 수 있다. 또 쌍정에는 소성 변형에 의해 생기는 쌍정 변형 이외에 소둔 쌍정 및 성장 쌍정이 있는데, 이것들도 표면 모양을 형성하는 것이다. 쌍정이란 서로 대조적인 관계 를 갖는 2 개의 결정면 방위를 갖는 결정으로, 에컨대〈111〉축은 동일하고 {100} 면이 180°반전되어 있는 것처럼 상이한 결정면 방위를 갖는 것이다.

기계적 방법으로는 구체적으로는 압상을 이용하는 방법, 미끄럼 타원을 이용하는 방법, 미끄럼선, 쌍정, 그 밖의 표면 모양 사이의 교차각을 이용하는 방법, 벽개면을 이용하는 방법, 미끄럼, 쌍정 및 벽개를 해석하는 방법 등을 들 수 있다.

또한 광학적 방법으로는 측각법, 식상법, 광상법, 편광법 등을 들 수 있다.

이들 측정법 중에서, X 선에 의한 방법은 측정 정밀도가 높고 스피드도 빠르므로, 본 발명에서 바람직하게 적용된다. 이하, X 선에 의한 방법에 대해 상세히 기술한다.

X 선을 사용하는 경우, X 선관과 시료 사이에 배면 반사용 라우에 카메라가 장착된다. 시료면과 필름의 거리는 수십 ㎜ 로 설정된다. X 선관은 Mo 타깃에서, 관 전압 40㎸ 관 전류 50㎃, 노출 시간 60sec 로 촬영한다. 방위 해석은 얻어진 라우에 패턴의 폴라로이드 사진을 통해 손 계산으로 행하거나, 사진을 스캐너로 컴퓨터에 입력하여 계산한다.

라우에법은 X 선 회절법의 하나로, 고정된 단결정에 백색 X 선을 조사하는 것이다. 브래그각 θ는 결정의 온갖 면에 대해 고정되어 있기 때문에, 각각의 면은 각각의 면간격 d 와 브래그각 θ에 대해 브래그 조건 λ＝ 2dㆍsinθ을 만족하는 파장 λ의 X 선을 선택하여 회절한다.

라우에법은 X 선원, 결정, 필름 또는 CCD 카메라의 상대적 위치의 변화에 따라 투과법, 배면 반사법, 측면 반사법의 3 가지로 분류된다. 투과법에서는 필 름 또는 CCD 카메라는 결정의 전방으로의 회절 빔을 기록하기 위해 결정의 후방에 놓여진다. 배면 반사법에서는 필름이 결정과 X 선원의 중간에 놓여지고, 입사 빔이 필름에 뚫린 구멍을 통과하여 결정의 후방으로의 회절 빔이 기록된다. 측면 반사법에서는 결정에 대해 소정 입사각 ω으로 입사되도록 X 선원을 놓고, 결정의 임의 측면 방향으로의 회절 빔을 기록하기 위해 필름 또는 CCD 카메라는 입사 빔에 대해 각도 φ만큼 회전한 위치에 놓여진다. 어느 방법이나 회절 빔은 필름 또는 형광판 위에 라우에 반점을 형성한다. 그리고, 라우에 반점의 위치는 입사 빔에 대한 결정 방위의 상대적 관계에 의해 결정되므로, 이를 응용하여 결정 방향이 결정된다.

도 8 은 라우에법을 이용한 결정면 방위의 측정 장치 (자동 측정 장치) 의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 도 8 에 나타낸 장치는 시료 스테이지 (810), X 선관 (820) 및 CCD 카메라 (830) 를 구비하고 있다.

시료 스테이지 (810) 의 소정 위치에는 상하면을 연통하는 X 선 조사부 (811) 가 형성되어 있고, 시료 스테이지의 상면에는 시료 (800) 를 고정시키기 위한 가이드 바 (812) 가 설치되어 있다.

또한, X 선관 (820) 에는 콜리메이터 (821) 가 설치되어 있고, 이들은 X 선 조사부 (811) 에 조사되는 X 선과 시료 (800) 의 X 선 조사면이 이루는 각도가 ω가 되도록 배치되어 있다. X 선관 (820) 으로는 W 타깃에서 최대 출력 2kw, 관 전압 50㎸, 관 전류 40㎃ 인 것, 콜리메이터 (821) 로는 1㎜φ정도의 더블 핀홀 콜리메이터가 바람직하게 사용된다.

또한, CCD 카메라 (830) 는 X 선 조사부 (811) 측의 면에 형광판 (831) 을 구비하는 것으로, 형광판 (831) 에 수직한 직선과 시료 (800) 의 X 선 조사면이 이루는 각도가 ω가 되도록 배치되어 있다. 또한, CCD 카메라 (830) 에는 카메라 컨트롤 (832) 을 통해 컴퓨터 (833) 가 전기적으로 접속되어 있고, 시료 (800) 로의 X 선 조사에 의해 얻어지는 회절 빔이 라우에 패턴으로서 컴퓨터 (833) 에 의해 해석된다. CCD 카메라 (830) 에서는 페르체 소자에 의해 소정 온도 (예컨대 －50℃) 로 냉각시킴으로써, SN 비의 개선이 도모된다.

본 발명에서는 φ300 ×t60 블록과 같은 큰 시료의 결정면 방위를 측정할 때에는 다음과 같은 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

먼저, 시료 (800) 를 스테이지 (810) 에 평평하게 놓고, 그 아래에 X 선원 (X 선관 (820) 및 콜레메이터 (821)) 과 CCD 카메라 (830) 의 광학계를 상기 기술한 바와 같이 설치한다. 시료 (800) 를 스테이지 (810) 에 평평하게 놓음으로써 큰 시료에 대응할 수 있다. 또한 측면 반사법에 의해 X 선 조사에 의한 시료의 대미지를 충분히 저감할 수 있다.

본 발명에서는 잉곳의 톱부 또는 콘부를 절단하여 얻어지는 테스트 피스를 면방위 측정 공정에 이용하는 것이 바람직하다. 또 테스트 피스의 방향은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 후술하는 위치 기준선이 전면에 위치하도록 설치된다. 또한 콘부의 테스트 피스는 원추형이므로, 원추의 저면이 하측 (스테이지측) 을 향해 설치되고, 면방위의 측정값은 테스트 피스를 뒤집어서 다른 부분과 조합된다.

다음에, X 선관 (820) 에서 발생되고, 콜리메이터 (821) 에 의해 대략 평행 화되어 빔 직경 2㎜ 정도로 압축된 X 선을 시료 (800) 에 조사한다. X 선 조사 시간은 10 초 정도면 충분하다.

그리고, 시료 (800) 로의 X 선 조사에 의한 회절 빔이 형광판 (831) 에 투영되고, CCD 카메라 (830) 로 촬상되어 라우에 패턴이 컴퓨터 (833) 에 입력된다. 입력된 라우에 패턴은 방위 해석 화면에서 해석된다. 라우에 패턴은 복수의 점열로 구성되고, 하나의 점열은 동일한 정대축으로부터의 회절 반점을 나타내고 있다. 이러한 회절 반점 중에서 복수의 정대축에 속하는 반점 (점열의 교점) 중의 4 점을 마우스로 지정하면 자동적으로 지수매김이 행해지고, 시뮬레이션 패턴이 라우에 패턴과 매치되었을 때에 양자가 겹쳐 표시된다. 양 패턴의 일치도는 측정자가 판단한다. 지수가 결정되면 결정면 방위의 해석 결과로서 스테레오 투영도, 스테레오 삼각형 및 각 면의 면방위 각도가 출력된다.

도 9 는 원통 형상의 부재에서의 면방위 각도의 개념을 나타내는 설명도이다. (111) 면의 면방위 각도를 예로 설명하면 면방위 각도는 시료 스테이지 (810) 의 안쪽을 x 축의 정방향으로 하고, 시료 스테이지 (810) 의 연직 하방향을 z 축의 정방향으로 한 좌표계에서, z 축과 [111] 축이 이루는 각도를 α, [111] 축을 측정면에 투영한 선의 x 축의 정방향으로부터 반시계 방향으로 되는 각도를 β로 표시한다.

라우에법은 각종 결정면 방위를 간편하게 측정할 수 있고, 측정 정밀도가 높아 측정에 요하는 시간이 짧으므로 바람직하다. 또한 측면 반사 라우에법에 의해 얻어진 라우에 반점으로부터 시료면과 결정면의 각도 편차를 측정하는 것이 바 람직하다. 라우에법은 배면 반사법 또는 투과법이 이용되는 것이 일반적이지만, 이들 방법은 시료에 대한 대미지가 크다. 이에 비해 측면 반사법에서는 소정 입사각 (예컨대 60°) 으로 시료면에 X 선을 입사시키므로, X 선의 침투 깊이가 얕아져 시료에 대한 대미지를 충분히 저감할 수 있다.

다음에, 단계 604 에서, 측정된 결정면 방위에 기초하여 잉곳으로부터 광학 소재가 잘려진다. 단계 605 에서는 잘려진 광학 소재에 어닐링 처리가 실시된다. 단계 606 에서는 어닐링 처리 후의 광학 소재에 대해 품질 관리를 위한 면방위 측정이 행해진다. 이렇게 하여 얻어진 광학 소재는 단계 607 에서 소정 가공 처리 및 코팅 처리가 행해져 광학 부재가 되고, 렌즈를 조립하는 단계 608 에 제공된다. 또 단계 604 ∼ 608 의 상세에 대해서는 후술한다.

다음에, 상기 각 공정에서의 잉곳, 광학 소재 및 광학 부재의 상태에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 도 10a ∼ 도 10c, 도 12a ∼ 도 12c, 도 14a ∼ 도 14b, 도 16a ∼ 도 16c, 도 18a ∼ 도 18c, 도 20a ∼ 도 20c 는 각각 소정 단계에서의 잉곳 또는 당해 잉곳으로부터 잘려진 광학 소재를 나타내는 상면도이다. 또한 도 11a ∼ 도 11c, 도 13a ∼ 도 13c, 도 15a ∼ 도 15b, 도 17a ∼ 도 17c, 도 19a ∼ 도 19c, 도 21a ∼ 도 21c 는 각각 소정 단계에서의 잉곳 또는 당해 잉곳으로부터 잘려진 광학 소재를 나타내는 측면도이다.

도 10a 및 도 11a 는 각각 육성 공정에서 얻어진 불화물 단결정의 잉곳을 나타내고 있다. 이 잉곳의 측면의 소정 위치 (예컨대 노내에서 정면을 향하던 부분) 를 와이어 브러시로 깎아 평활하게 하고, 또한 유리 연필로 1 개의 직선을 그어 위치 기준선을 형성한다 (도 10b 및 도 11b).

이어서, 잉곳 선단의 원추 형상 부분 (콘부) 과, 콘부의 반대측의 단부 (톱부) 를 소정 두께 (예컨대 30㎜) 가 되도록 절단하고, 결정면 방위의 측정을 위한 테스트 피스를 얻는다 (도 10c 및 도 11c). 이 2 개의 테스트 피스의 결정면 방위를 라우에법으로 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 잉곳 본체의 면방위를 추정한다. 이 때, 2 개의 테스트 피스와 잉곳 본체의 위치 관계는 상기 기술한 위치 기준선을 지표로 하여 확인할 수 있다.

또 콘부 및 톱부를 절단하지 않고 잉곳 전체를 그대로 면방위 측정 공정에 이용할 수도 있지만, 잉곳 중량이 수십 ㎏ 이나 되기 때문에 핸들링이 어려운 점, 또한 불화칼슘의 경우에는 팽창률이 크고, 기계적 강도도 크기 때문에 잉곳은 파손 위험성도 있는 점 등의 이유로, 상기 기술한 바와 같이 톱부 및 콘부로부터 얻어지는 테스트 피스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 테스트 피스는 면방위 측정 후에 엑시머 레이저 내성의 평가에 사용할 수 있으므로, 테스트 피스 제작을 위한 절단 공정을 반복하여 실시하지 않아도 된다는 이점도 있다.

또 불화칼슘, 불화바륨 등의 단결정은 {111} 면에서 벽개성을 가지므로, 열응력 등에 의해 잉곳이 갈라질 때에는 통상 {111} 면에서 갈라진다. 또한 벽개되지 않은 잉곳의 경우에도 단부를 정 같은 것으로 가볍게 두드리면 벽개된다. 이 벽개면을 기준으로 하여 그 면과 평행하도록 잉곳을 절단함으로써 광학 소자 제작용 소재를 채취하는 것이 일반적이고, 그럼으로써 대향하는 2 평면이 {111} 면인 소재가 얻어진다. 이렇게 벽개면을 기준으로 하는 방법도 있지만, 라우에법 등에 의하면 {111} 면 뿐만 아니라, {110} 면, {100} 면 등의 결정면 방위를 파괴하지 않고 순간적으로 측정할 수 있다.

한편, 콘부 및 톱부가 절단된 잉곳 본체는 둥그스름하게 가공하여 원통 표면 부분을 모래 살포 마무리 상당면으로 한다 (도 12a 및 도 13a). 또한 콘부 및 톱부가 절단된 잉곳 본체의 측면을 수 ㎝ 폭으로 평면 연삭하여 내부를 관찰할 수도 있다 (도 14a 및 15a). 모래 살포면의 표면으로부터의 관찰에 추가하여 굴절률의 매칭 오일을 도포하여 암실에서 내부 관찰, 크로스니콜 광학계에 의한 계면의 응력 집중 등의 관찰을 행하고, 서브그레인 바운더리, 폴리크리스탈의 상태, 그 계면의 위치, 거품이나 이물의 상태 등을 확인한다. 잉곳 전체가 단결정인 경우, 콘부, 톱부의 어느 일방에 대해 1 군데의 면방위를 측정하면 잉곳 전체의 면방위를 추정할 수 있지만, 좀 더 확실히 하기 위해 콘부, 톱부의 각각에 대해 면방위를 측정하고, 이것들의 면방위에 모순이 없는 것을 확인하는 것이 바람직하다. 또한 잉곳이 다결정인 경우나, 서브그레인 바운더리가 존재하고 있는 경우도 많은데, 이러한 경우에는 잉곳 속의 단결정 부분마다 결정 방위를 측정할 필요가 있다.

상기 테스트 피스에 의해 구한 면방위 각도 (도 9 중의 α, β) 에 기초하여 잉곳의 절단 방향을 결정한다 (도 12c 및 도 13c, 또는 도 14b 및 도 15b). 톱부로부터 제작한 테스트 피스의 면방위 각도를 사용하는 경우, 잉곳을 톱부측에서 보았을 때에, 톱부 절단면의 면 법선을 중심으로 하여 기준선 방향으로부터 반시계 방향을 플러스로 하였을 때의 (90°－ β) 방향의 측면이 좌면 (가공 기준면) 이고, 톱부 절단면을 기준면으로 하여 시계 방향을 플러스로 하였을 때 α방향이 절단 방향이다. 또한, 콘부로부터 제작한 테스트 피스의 면방위 각도를 사용하는 경우, 잉곳을 콘부측에서 보았을 때에, 콘부 절단면에 면 법선을 중심으로 하여 기준선 방향으로부터 반시계 방향을 플러스로 하였을 때의 (90°－ β) 방향의 측면이 가공 기준면이고, 톱부 절단면을 기준면으로 하여 시계 방향을 플러스로 하였을 때의 α방향이 절단 방향이다. 이 때, 잉곳 내부의 거품이나 이물을 피하면서 어닐링 공정 등의 후공정에서의 가공 여백 (마진) 을 고려하여 두께 및 직경이 목적으로 하는 부품의 치수보다 5 ∼ 10㎜ 커지도록 절단 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

잉곳을 절단할 때에는 먼저 면방위 각도로부터 정해진 잉곳 측면의 좌면 방향을 따라 잉곳의 축에 병행한 연삭면 (좌면) 을 만든다. 다음에, 좌면이 하방향이 되도록 잉곳을 절단기의 스테이지에 설치하고, 톱부의 절단면을 기준면으로 하여 잉곳을 각도 α만큼 회전시켜 절단한다. 도 16a 및 도 17a 는 각각 절단에 의해 얻어진 타원 형상의 디스크를 나타내는 상면도 및 측면도이다. 이 디스크에 대해 굴절률의 매칭 오일을 도포하여 암실에서 내부 관찰, 크로스니콜 광학계에 의한 계면의 응력 집중 등의 관찰을 행하고, 서브그레인 바운더리, 폴리크리스탈의 상태, 그 계면의 위치를 확인한다. 그리고, 어닐링 공정 등의 후공정에서의 가공 여백 (마진) 을 고려하여 두께 및 직경이 목적으로 하는 부품의 치수보다 5 ∼ 10㎜ 크게 절단 위치를 결정하여 절단 (러프 커트; 도 16b 및 도 17b) 하고, 둥그스름 (도 16c 및 도 17c) 하게 만든다.

다음에, 둥그스름하게 하는 공정 후의 소재에 대해 결정면 방위를 검사하기 위한 조연삭 및 모따기를 실시하고, 원통 형상을 갖는 소재 (φ260 ×t50, φ200 ×t60 등) 를 얻는다 (도 18a 및 도 19a). 이 때, 소재에 다시 마킹을 실시하고, 그 마킹을 후공정에서 유지함으로써, 잉곳으로부터 톱부 및 콘부를 절단하기 전에 형성한 기준선과 면방위의 관계가 명확해지고, 최종적으로 얻어지는 광학 부재의 면방위를 관리할 수 있다. 또한, 얻어진 소재에는 열처리 (어닐링 처리) 를 실시함으로써, 복굴절의 값을 저감하여 품질을 더욱 향상시킬 수 있다. 어닐링 처리에 제공하는 소재에 결정 방위 유지를 위한 마킹을 실시하는 경우, 불화칼슘 표면을 손상시키지 않고, 불순물 오염을 일으키지 않는 연질 연필이나 빨간 유성 잉크를 사용하는 것이 바람직하다. 빨간 유성 잉크는 어닐링 후, 흑색으로 변하므로, 어닐링 전후의 식별도 가능해진다.

또한, 열처리를 하기 전에, 원통 형상 소재의 면방위의 매핑 측정을 하는 것이 바람직하다. 이 단계의 소재는 최종적인 렌즈 형상에 여유분이 2.5 ∼ 5㎜ 붙어 있기 때문에 매핑 측정에 적합하다. 또 라우에법과 같은 X 선 조사를 수반하는 면방위 측정의 경우, 렌즈 형상에 가까운 소재를 매핑 측정에 이용하면 X 선 조사에 의한 대미지를 받아 컬러 센터가 생기는 현상이 일어나기 쉬워 광학 설계상의 유효 직경 밖, 즉 주변의 수 ㎜ 의 범위밖에 측정할 수 없어진다.

원통 형상의 소재에 어닐링 처리를 하는 경우, 열처리 장치의 노내에 소재의 양평면이 상하가 되도록 설치하여 히터에 의해 소정 온도 (예컨대 1080℃) 로 가열한다. 이 때 열처리 장치의 노가 진공 구조이면 불화칼슘의 탁함의 원인이 되는 산소의 혼입을 방지할 수 있다. 이러한 노로서는 외부 구조 (노 본체) 가 스테인리스제이고, 내부에 카본 히터와 카본 용기가 설치된 것이 예시된다.

어닐링 처리시에는 소정량 (통상 100g 정도) 의 산성 불화암모늄 약 100g 을 광학 소재와 함께 봉입하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 노내의 산소를 완전히 배제하고, 노의 내부 표면에 노출되는 금속을 불화물로 코팅할 수 있다. 이 상태에서 진공 펌프에 의해 노내를 배기한 후 승온을 개시한다. 노내 온도가 500℃ 부근이 되면 산성 불화암모늄의 기화가 시작되고, 노내의 압력은 미소한 정압 (2 ∼ 8㎪) 이 된다. 이 압력을 유지하도록 압력을 제어하면서 승온, 소정 온도 (예컨대 1080℃) 에서의 유지, 서랭을 실시한다.

또, 상기 기술한 어닐링 처리를 실제로 행하기 전에, 노내에 산성 불화암모늄만을 봉입하여 노내의 상태, 압력의 변화에 이상이 없는지를 확인하는 예비 실험을 하는 것이 바람직하다. 또한, 투과율 측정용 테스트 피스와 산성 불화암모늄을 노내에 봉입하여 열처리를 하고, 열처리에 의한 오염 등으로 테스트 피스의 투과율이 저하되지 않는 것을 확인하는 투과율 실험을 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 어닐링 처리를 함으로써, 불화물 결정의 모든 결정면 방위에서의 열응력에 기인하는 복굴절량을 충분히 저감할 수 있다. 본 발명에서는 2 개 이상의 결정면 방위를 관리하기 때문에 결정면 방위에 상관없이 복굴절량의 절대값을 작게 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 파장 633㎚ 의 빛에 대한 복굴절의 절대값이 2.0㎚/㎝ 이하인 것이 바람직하고, 1.0㎚/㎝ 이하인 것이 보다 바람직하다. 복굴절의 절대값이 2.0㎚/㎝ 를 초과하면 결정면 방위에 기인하는 고유 복굴절의 제어가 어려워지는 경향이 있다. 또한 파장 633㎚ 의 빛에 대한 복굴절은 실제로 광학 부재로 사용하는 파장 (예컨대 193㎚ 등) 에서는 고유 복굴절의 영향이 현저히 커진다. 따라서, 열응력에 기인하는 복굴절량을 합쳐 관리하는 것은 매우 유효하다.

다음에, 어닐링 처리한 원통 형상 소재의 측면을 창(窓)가공으로 하고, 상하면을 각각 소정량 (예컨대 두께 2.5 ∼ 5㎜) 씩 균등하게 연삭한다 (도 18c 및 도 19c). 얻어진 광학 소재에 대해 측면의 복굴절 및 굴절률의 균질성을 확인한 후 (도 20a 및 도 21a), 둥그스름하게 (도 20b 및 도 21b) 만들고, 추가로 연마 (예비 광택), 모따기가 실시되어 목적으로 하는 광학 부재가 얻어진다 (도 20c 및 도 21c). 이렇게 하여 얻어진 광학 부재는 복굴절의 측정에 의한 품질 검사가 행해진 후 출하된다. 광학 부재의 복굴절은 예컨대 오크 제작소 및 유니옵토제 자동 복굴절 측정 장치를 사용하여 측정 파장 633㎚ 에서 약 200 점의 자동 측정을 실시함으로써 얻을 수 있다.

이렇게 본 발명의 제조 방법에 의하면 얻어지는 광학 부재의 2 개 이상의 결정면 방위를 용이하고 확실하게 관리할 수 있다. 그 결과, 당해 광학 부재를 사용하여 광학계를 제작할 때에, 불화물 결정 고유의 복굴절에 의한 영향을 충분히 저감하고, 고수준의 결상 성능을 달성할 수 있게 된다.

또한, 얻어지는 광학 부재에 있어서, 소정 결정면 방위와 절단면의 어긋남각을 원하는 범위내로 설정할 수 있다. 이 어긋남각은 가장 어긋난 상태에서 최대 6°정도까지 사용할 수 있지만, 4°이하인 것이 바람직하고, 3°이하인 것이 보다 바람직하고, 2°이하인 것이 특히 바람직하다.

라우에법에 의하면 결정면 방위 뿐만 아니라, 쌍정의 존재 유무도 확인할 수 있다는 이점을 갖는다. 즉, 쌍정의 경계가 광축에 수직한 면내에 포함되도록 재료를 잘라냄으로써, 쌍정의 광학 부재를 사용하였을 때에 광학계의 광학 성능에 미치는 영향을 최소한으로 할 수 있게 된다.

다음에, 본 발명에서 얻어진 불화물 결정으로 이루어지는 광학 부재를 탑재하는 투영 노광 장치의 예를 나타낸다.

도 22 에 나타내는 투영 노광 장치는 자외역의 조명광을 공급하는 광원 (11) 으로서 F₂ 레이저 (파장 157㎚) 를 구비하고 있다. 광원 (11) 으로부터 출사된 빛은 조명 광학계 (12) 를 통해 소정 패턴이 형성된 마스크 (13) 를 균일하게 조명한다.

또 광원 (11) 으로부터 조명 광학계 (12) 까지의 광로에는 필요에 따라 광로를 변경하기 위한 하나 또는 복수의 절곡 미러가 배치되어 있다. 또한, 조명 광학계 (12) 는 예컨대 플라이아이 렌즈나 내면 반사형 인테그레이터 등으로 구성되고, 소정 사이즈, 형상의 면광원을 규정하기 위하 시야 조리개, 시야 조리개의 이미지를 마스크 (13) 위에 투영하는 시야 조리개 결상 광학계 등의 광학계를 갖는 것이다. 또한 광원 (11) 과 조명 광학계 (12) 사이의 광로는 케이싱 (도시하지 않음) 으로 밀폐되어 있고, 광원 (11) 으로부터, 조명 광학계 (12) 중의 마스크 (13) 에 가까운 측에 배치된 광학 부재까지의 공간은 노광광의 흡수율이 낮은 불활성 가스 (질소, 헬륨 가스 등) 로 치환되어 있다.

마스크 (13) 는 마스크 홀더 (14) 를 통해 마스크 스테이지 (15) 위에 XY 면에 병행하게 지지되어 있다. 마스크 (13) 에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 Y 축 방향을 따라 장변을 갖고 또한 X 축 방향을 따라 단변을 갖는 슬릿 형상의 패턴 영역이 조명된다.

마스크 스테이지 (15) 는 마스크면 (XY 면) 을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 마스크 이동경 (16) 을 사용한 간섭계 (17) 에 의해 계측되고 또한 제어되도록 구성되어 있다.

이렇게 조명 광학계 (12) 와 투영 광학계 (18) 사이에 배치된 마스크 (13), 마스크 홀더 (14), 마스크 스테이지 (15) 는 케이싱 (도시하지 않음) 에 수용되고, 케이싱 안은 불활성 가스 (질소, 헬륨 등) 로 치환되어 있다.

마스크 (13) 위에 형성된 패턴으로부터의 빛은 반사 굴절형 투영 광학계 (18) 를 통해 감광성 기판인 웨이퍼 (19) 위에 마스크 패턴 이미지를 형성한다. 웨이퍼 (19) 는 웨이퍼 홀더 (20) 를 통해 웨이퍼 스테이지 (21) 위에 XY 면에 평형하게 지지되고 있다. 그리고, 마스크 (13) 위에서의 슬릿 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록 웨이퍼 (19) 위에서는 Y 축 방향을 따라 장변을 갖고 X 축 방향을 따라 단변을 갖는 슬릿 형상의 노광 영역에 패턴 이미지가 형성된다.

웨이퍼 스테이지 (21) 는 웨이퍼면 (XY 면) 을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동경 (22) 을 사용한 간섭계 (23) 에 의해 계측되고 또한 제어되도록 구성되어 있다.

웨이퍼 (19), 웨이퍼 홀더 (20), 웨이퍼 스테이지 (21) 는 케이싱 (도시하지 않음) 에 수용되고, 케이싱 안은 불활성 가스 (질소, 헬륨 등) 로 치환되어 있다.

이렇게, 도 22 에 나타내는 투영 노광 장치에서는 광원 (11) 으로부터 웨이퍼 (19) 까지의 광로의 전역에 걸쳐 노광광의 흡수가 억제된 분위기가 형성되어 있다. 또한, 상기 기술한 바와 같이, 투영 광학계 (18) 에 의해 형성되는 마스크 (13) 의 조명 영역 (시야 영역) 및 웨이퍼 (19) 위의 투영 영역 (노광 영역) 의 형상은 X 선 방향을 따라 단변을 갖는 슬릿 형상이다. 따라서, 구동계 및 간섭계 (17,23) 등을 사용하여 마스크 (13) 및 웨이퍼 (19) 의 위치 제어를 하면서 슬릿 형상의 조명 영역 및 노광 영역의 단변 방향 (X 축 방향) 을 따라, 마스크 스테이지 (15), 웨이퍼 스테이지 (21), 또는 추가로 마스크 (13), 웨이퍼 (19) 를 동기적으로 이동시킴으로써, 웨이퍼 (19) 위에서 노광 영역의 장변에 동등한 폭을 갖고 또한 웨이퍼 (19) 의 주사량 (이동량) 에 따른 길이를 갖는 영역에 대해 주사 노광된다.

그리고, 조명 광학계 (12) 및 투영 광학계 (18) 를 구성하는 광학 부재 (렌즈, 프리즘 등) 로서 본 발명의 2 개 이상의 결정면 방위가 관리된 광학 부재를 사용하는 것이 유용하다.

도 23 은 본 발명의 투영 노광 장치에 사용되는 투영 광학계의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 23 에서, 투영 광학계는 투영 원판으로서의 레티클 (R) 의 패턴의 중간 이미지를 형성하는 반사 굴절형 제 1 결상 광학계 (G1) 와, 제 1 결상 광학계 (G1) 에 의한 중간 이미지를 워크로서의 웨이퍼 (W) 위에 재결상시키는 굴절형 제 2 결 상 광학계 (G2) 를 갖고 있다. 광축 (AX1) 위에는 레티클 (R) 로부터 제 1 결상 광학계 (G1) 를 향한 광로를 90°편향시키기 위한 반사면 (S1) 과, 제 1 결상 광학계 (G1) 로부터 제 2 결상 광학계 (G2) 를 향한 광로를 90°편향시키기 위한 반사면 (S2) 을 갖는 광로 절곡용 반사경 (31) 을 구비하는 광로 절곡용 부재가 배치되어 있다.

제 1 결상 광학계 (G1) 는 광축 (AX1) 를 따라 배치된 복수의 렌즈 성분과 오목면 반사경을 갖고, 거의 등배 또는 약간의 축소 배율을 가지고 중간 이미지를 형성한다.

제 2 결상 광학계 (G2) 는 광축 (AX1) 과 직교하는 광축 (AX2) 위를 따라 배치된 복수의 렌즈 성분과, 코히어런스 팩터를 제어하기 위한 가변 개구 조리개 (AS) 를 갖고 있고, 중간 이미지로부터의 빛에 기초하여 소정 축소 배율을 가지고 2 차 이미지를 형성한다.

여기서, 도 23 중의 광축 (AX0) 은 제 1 결상 광학계 (G1) 의 광축 (AX1) 과 직교하는 레티클 (R) 과 반사경 (31) 사이의 광축이고, 광축 (AX0) 과 광축 (AX2) 은 동일 직선 형상이어도 된다.

또한, 도 23 에는 각각 복수의 렌즈 성분을 구비하는 제 1 결상 광학계 (G1) 및 제 2 결상 광학계 (G2) 를 구비하는 투영 광학계를 나타내었으나, 광축 (AX1, AX2) 을 따라 배치되는 렌즈 성분은 단수여도 되고, 복수여도 된다.

또한, 광축 (AX0) 과 광축 (AX1) 이 이루는 각도가 반드시 90°일 필요는 없고, 예컨대 오목면 반사경 (CM) 을 반시계 방향으로 회전시킨 각도로 해도 된다. 이 때, 반사면 (S2) 에서의 광축의 절곡 각도를 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 가 평행해지도록 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 도 24 에 나타내는 바와 같이 2 개의 반사경 (31,32) 을 구비하는 투영 광학계를 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 도 25 에 나타내는 구성을 갖는 투영 광학계를 사용할 수도 있다. 도 25 에서, 투영 광학계는 투영 원판으로서의 레티클 (R) 위의 패턴의 중간 이미지를 형성하는 반사 굴절형 제 1 결상 광학계 (G1) 를 구비하고 있다. 제 1 결상 광학계 (G1) 가 형성하는 제 1 중간 이미지의 근방에는 제 1 광로 절곡용 반사경 (31) 이 배치되어 있고, 제 1 광로 절곡용 반사경 (31) 에 의해 제 1 중간 이미지로 향하는 광속 또는 제 1 중간 이미지로부터의 광속이 제 2 결상 광학계를 향해 편향된다. 제 2 결상 광학계 (G2) 는 오목면 반사경 (CM) 과 적어도 하나의 오목 렌즈 (33) 를 갖고, 제 1 중간 이미지로부터의 광속에 기초하여 제 1 중간 이미지와 거의 등배의 제 2 중간 이미지 (제 1 중간 이미지의 이미지로서 패턴의 2 차 이미지) 를 제 1 중간 이미지의 근방에 형성한다.

제 2 결상 광학계 (G2) 가 형성하는 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근방에는 제 2 광로 절곡용 반사경 (32) 이 배치되어 있고, 제 2 광로 절곡 반사경 (32) 에 의해 제 2 중간 이미지로 향하는 광속 또는 제 2 중간 이미지로부터의 광속이 제 3 결상 광학계 (G3) 를 향해 편향된다. 또 제 1 광로 절곡용 반사경 (31) 의 반사면과 제 2 광로 절곡용 반사경 (32) 의 반사면은 서로 공간적으로 중복되지 않도록 배치되어 있다.

제 3 결상 광학계 (G3) 는 제 2 결상 광학계로부터의 광속에 기초하여 레티클 (R) 패턴의 축소 이미지 (제 2 중간 이미지의 이미지로서 반사 굴절 광학계의 최종 이미지) 를 제 2 면에 배치된 워크 (감광성 기판) 로서의 웨이퍼 (W) 위에 형성한다.

상기 도 23 ∼ 도 25 에 나타낸 투영 광학계는 예컨대 노광 광원이 F₂ 레이저인 경우에 바람직하게 사용된다.

한편, 노광 광원이 ArF 엑시머 레이저인 경우에는 예컨대 도 26 에 나타내는 렌즈 구성을 갖는 투영 광학계가 바람직하게 사용된다.

도 26 에서는 제 1 물체로서의 레티클 (R) 측으로부터 차례로, 플러스 파워의 제 1 렌즈군 (G1) 과, 플러스 파워의 제 2 렌즈군 (G2) 과, 마이너스 파워의 제 3 렌즈군 (G3) 이 형성되어 있고, 물체측 (레티클 (R) 측) 및 이미지측 (웨이퍼 (W) 측) 에 있어서 대략 텔레센트릭하게 되어 있고, 축소 배율을 갖는 것이다. 또한 이 투영 광학계의 NA 는 0.6 이고, 투영 배율은 1/4 이고, 이미지측의 노광 영역의 직경은 30.6 이다.

투영 광학계가 도 26 에 나타내는 구성을 갖는 경우, 통상 색수차를 보정하기 위해 각 렌즈의 재료가 적절히 선택된다. 예컨대 제 1 렌즈군 (G1) 을 구성하는 14 개의 렌즈 (L11 ∼ L114) 의 재료로서 석영 유리, 제 2 렌즈군 (G2) 을 구성하는 4 개의 렌즈 (L21 ∼ L24) 의 재료로서 석영 유리, 제 3 렌즈군 (G3) 을 구성하는 11 개의 렌즈 (L31 ∼ L311) 중 6 개의 재료로서 불화칼슘 결정, 그 밖의 5 개의 재료로서 석영 유리를 사용함으로써 색수차를 바람직하게 보정할 수 있다.

또 종래 사용되고 있던 광학 부재에서는 광학 유효 직경내에서의 복굴절이 모두 2㎚/㎝ 이내라는 양호한 값이더라도, 렌즈 가공, 코팅을 실시하고 NA 0.8 이상이라는 사입사광의 영향이 큰 스테퍼 투영 렌즈의 광학계를 형성한 경우, 투영 렌즈로서의 성능을 얻을 수 없었다.

이에 비해 본 발명의 광학 부재의 제조 방법에서는 광학 부재의 측면의 소정 위치에 광축에 평행한 위치 기준선을 긋고, 면방위 측정 장치의 전면에 맞춰 라우에법에 의해 결정면 방위를 측정한다. 그리고, 얻어진 결정면 방위에 기초하여 절단면과 결정면 방위의 어긋남각이 3°이내가 되는 정밀도로 광학 소재를 잘라내고, 또한 광학 소재를 연마 또는 코팅할 때에도 결정면 방위를 관리한다. 이렇게 하여 얻어지는 광학 부재를 사용하여 광학계를 제작할 때에, 도 2a 와 도 2b, 도 3a 와 도 3c, 나아가서는 도 4a ∼ 도 4d 에 나타낸 위치 관계가 되도록 배치함으로써, 불화물 결정 고유의 복굴절에 의한 영향을 저감할 수 있고, 높은 수준의 결상 성능을 달성할 수 있다.

또한 본 발명에서는 잔류한 복굴절의 영향은 복굴절의 분포를 컨트롤하고, 불화칼슘의 복굴절을 상쇄하도록 제조한 석영 유리, 불화칼슘, 불화바륨 등의 결정의 복굴절 분포를 측정하고, 이것들을 광학계내에 삽입함으로써 보정하고, 광학 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우에도 당연히 결정면 방위를 관리한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 렌즈 한 장 한 장의 결정면 방위를 보다 정밀하게 관리하는 것, 또한 각종 면방위를 갖는 광학 부재를 편성함으로써, 불화물 결정이 갖는 고유 복굴절의 광학계 성능에 부여하는 영향을 최소한으로 억제할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 얻어지는 광학 부재는 광학계의 성능을 확보하기 위한 중요한 요소로서 매우 유용하다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

〈불화칼슘 단결정의 육성 공정〉

도 7a ∼ 도 7c 에 나타낸 장치를 사용하여 브리지먼법에 의해 불화칼슘 단결정의 잉곳을 제조하였다. 원료로서 화학 합성으로 만들어진 고순도 원료를 사용하였다. 펜슬용 카본제 도가니 (φ300㎜) 에 고순도 원료를 충전하고, 이들 도가니를 육성로내에 겹쳐 쌓아놓고, 육성 장치내를 10^－3 ∼ 10^－4 ㎩ 의 진공 분위기로 유지하였다. 다음에, 육성로내의 온도를 형석의 융점 이상으로 올려 원료를 실온까지 강온시켰다. 이 때, 육성로내의 온도의 시간적 변동을 억제하기 위해, PID 제어를 실시하였다. 또한 분말 원료에는 불소화제로서 불화납을 첨가하였다. 또한, 도가니 하단에 위치하는 원추부의 선단 부분에 종결정을 넣고, 결정 성장의 면방위를 제어하였다.

이렇게 하여 얻어진 반용융품을 결정 육성로에 옮기고, 다시 용융 온도까지 승온시킨 후, 0.1 ∼ 5㎜/h 의 속도로 도가니를 끌어내림으로써 도가니의 하부로부 터 서서히 결정시켰다 (결정 육성 공정). 융액의 최상부까지 결정화시킨 시점에서 결정 육성을 종료하고, 육성된 결정 (잉곳) 이 갈라지지 않도록 서랭하였다. 육성로내의 온도가 실온 정도까지 내려간 것을 확인하고, 육성로를 대기 개방하여 φ290 ×t300㎜ 의 펜슬형 잉곳을 빼냈다.

〈면방위 측정 공정〉

이렇게 하여 얻어진 불화칼슘 단결정의 잉곳에 대해 잉곳측면의 노내에서 정면을 향하고 있던 부분을 와이어 브러시로 깎아 평활하게 하고, 또한 유리 연필로 1 개의 직선을 그어 위치 기준선을 형성하였다.

다음에, 잉곳의 콘부 및 톱부로부터, 각각 두께 30㎜, 직경 290㎜ 의 테스트 피스를 잘라냈다. 이들 2 개의 테스트 피스에 대해 도 8 에 나타낸 장치를 사용하여 라우에법 (측면 반사법) 에 의해 {111} 면, {100} 면 및 {110} 면의 결정면 방위를 측정하였다. 테스트 피스에 대해 얻어진 면방위로부터 잉곳 본체의 결정면 방위를 결정하였다. 2 개의 테스트 피스와 잉곳 본체의 위치 관계는 상기 위치 기준선에 기초하여 확인하였다.

시료 스테이지의 안쪽을 x 축 방향, 시료 스테이지의 연직 하방향을 z 축 방향으로 한 좌표계에서, z 축과 [111] 축이 이루는 각도를 α, [111] 축을 측정면에 투영한 선의 x 축의 ＋x 방향에서부터 반시계 방향으로 이루는 각도를 β라고 표시할 때, 상기 측정에서 얻어진 면방위 각도는 α＝ 5°, β＝ 85°였다 (도 9 참조).

콘부와 톱부가 절단된 잉곳 본체는 둥그스름하게 가공하여 원통 표면 부분을 모래 살포 마무리 상당면으로 하였다. 모래 살포면에서의 표면으로부터의 관찰에 추가하여 굴절률의 매칭 오일을 도포하여 암실에서 내부 관찰, 크로스 니콜 광학계에 의한 계면의 응력 집중 등을 관찰하고, 서브그레인 바운더리, 폴리크리스탈의 상태, 그 계면의 위치를 확인함과 동시에 거품이나 이물의 상태도 동시에 확인하였다. 본 실시예의 잉곳에서는 콘부와 톱부의 면방위는 모순없이 일치하였다. 또한, 잉곳 표면의 관찰에서는 서브그레인 바운더리는 관찰되지 않았고, 또한 잉곳 내부에 다결정의 경계선은 관찰되지 않았으므로, 단결정이 얻어져 있음이 확인되었다.

〈절단 공정〉

상기 면방위 측정 공정에서 얻어진 α, β에 기초하여 잉곳의 절단 방향을 결정하고, 원형면이 {111} 면에 평행해지도록 φ260 ×t50, φ200 ×t60 의 2 개의 원통 형상 소재를 잘라냈다. 이 때, 면방위 측정 공정에서 형성한 위치 기준선과 결정면 방위의 관계가 확실해지도록 마킹하였다. 이 마킹을 다음과 같은 공정에서 유지함으로써, 광학 부재 (최종 부품) 에서의 {111} 면 및 {100} 면을 관리하였다.

이렇게 하여 얻어진 광학 부재에 대해 라우에법에 의한 면방위 측정을 실시하여 서브바운더리나 쌍정이 없음을 확인하였다. 얻어진 소재의 결정면 방위는 잉곳의 면방위와 ±3°범위내에서 일치하였다.

그 후, 품질 향상을 위해 어닐링 처리한 후, 복굴절의 값을 자동 측정하였다. 어닐링 처리전의 광학 소재에서의 {111} 면방향의 복굴절은 5㎚/㎝ 이상이었으나, 당해 복굴절은 어닐링 처리 후에 3㎚/㎝ 이하까지 저감되었다. 또 복굴절은 파장 633㎚ 의 빛을 사용하여 측정하였다.

또한, 얻어진 광학 소재에 대해 라우에법에 의해 광학 유효 직경 밖에서 60°마다 결정면 방위를 측정한 결과, 잉곳의 결정면 방위, 그리고 어닐링 전의 원통 형상 소재의 결정면 방위와 ±3°범위내에서 일치하였다.

(실시예 2)

〈광학 부재의 제작〉

실시예 1 과 동일한 방법으로 불화칼슘 단결정 잉곳을 육성하고, 잉곳의 {111} 면, {100} 면 및 {110} 면의 결정면 방위를 측정하였다.

다음에, 이 잉곳으로부터 {111} 면이 상하의 2 평면이 되도록 복수의 원통 형상 소재를 잘라냈다. 측면의 임의 위치에 광축과 병행하게 연필로 기준선을 긋고 면방위 측정 장치의 전면에 맞춰 라우에법으로 광학 소재의 결정면 방위를 측정하였다. 이 때, [100] 축, [010] 축, [001] 축을 측정면에 투영한 선은 각각 측정면 법선에 관해 3 회 대칭으로 되어 있었다. 이 중 [100] 축의 투영선의 β각도 방향의 소재측면에 새로운 기준선을 연필로 긋고, 상기 임의 기준선은 지우개로 지웠다.

다음에, 새로운 기준선을 면방위 측정 장치의 전면에 맞춰 다시 라우에법으로 결정면 방위를 측정하였다. 이 때, (010), (100), (001) 의 면방위 각도 중 β각도는 60°, 180°, 300°의 어느 하나가 되고, 새로운 기준선 위치는 180°위치에 상당하는 것이었다.

이렇게 하여〈100〉축을 관리하면서 광학 소재에 연마, 코팅을 실시하여 광학 부재를 얻었다.

〈ArF 엑시머 레이저용 투영 광학계의 제작〉

얻어진 광학 부재를 렌즈로서 사용하고, 도 26 에 나타낸 투영 광학계를 제작하였다. 이 투영 광학계에서, 제 3 렌즈군 (G3) 을 구성하는 11 개의 렌즈 (L31 ∼ L311) 중 L31, L33, L35, L37, L38, L310 으로서 본 실시예에서 얻어진 광학 부재를 사용하였다. 이들 광학 부재끼리는 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 각 렌즈의 {110} 면의 방위가 60°씩 어긋나도록 배치하였다.

이렇게 하여 얻어진 광학계에 대해 ArF 엑시머 레이저를 사용하였을 때의 복굴절 분포에 의한 스트레일값을 측정하였다. 본 실시예에서 얻어진 광학계의 스트레일값은 0.99 까지 향상되어 투영 광학계로서 충분한 결상 성능을 가지고 있음이 확인되었다.

(비교예 1)

〈광학 부재의 제작〉

실시예 1 과 동일하게 하여 불소화칼슘 단결정의 잉곳을 제작하였다.

다음에, 잉곳을 가볍게 두드려 벽개시키고, 그 벽개면 ({111} 면) 을 따라 광학 소재를 잘라내고, 실시예 2 와 동일한 연마, 코팅를 실시하여 광학 부재를 얻었다.

〈ArF 엑시머 레이저용 투영 광학계의 제작〉

다음에, 얻어진 광학 부재를 렌즈로서 사용하고, 도 26 에 나타내는 광학계 를 제작하였다. 또, 도 26 중의 제 3 렌즈군 (G3) 을 구성하는 11 개의 렌즈 L31 ∼ L311 중 L31, L33, L35, L37, L38, L310 으로서 본 비교예에서 얻어진 광학 부재를 사용한 점은 실시예 2 와 동일하지만, 이들 렌즈를 배치할 때에는 각각의 {111} 면을 광축과 일치시켰을 뿐이고, 다른 결정면 방위는 고려하지 않았다. 이렇게 하여 얻어진 투영 광학계에 대해, 실시예 2 와 동일하게 하여 스트레일값을 측정하였다. 얻어진 스트레일값은 0.91 이고, 투영 광학계로서의 성능이 불충분하였다.

(실시예 3)

〈광학 부재의 제작〉

실시예 1 과 동일한 방법으로 불화칼슘 단결정 잉곳을 육성하고, 잉곳의 {111} 면, {100} 면 및 {110} 면의 결정면 방위를 측정하였다.

이 잉곳으로부터, {111} 면이 상하의 2 평면이 되도록 복수의 원통 형상 소재를 잘라내었다. 이 때, 소재의 결정면 방위를 측정하고, {111} 면, {100} 면, {110} 면의 각각이 평행한 2 평면으로 되도록 소재를 가공하여 광학 부재를 얻었다. 얻어진 광학 부재에 대해 면방위의 광학 설계값과의 편차가 3°이내임을 확인하였다.

〈F₂ 레이저용 투영 광학계의 제작〉

다음에, 얻어진 광학 부재를 렌즈 및 프리즘으로서 사용하고, 도 25 에 나타낸 투영 광학계를 제작하였다. 즉, 도 25 에 나타낸 투영 광학계에 있어서, 모 든 렌즈 및 프리즘으로서 본 실시예의 광학 부재를 사용하였다. 또한, 이들 광학 부재를 배치할 때,〈111〉축을 광축과 일치시킨 부재인 경우에는〈110〉축을 광축을 중심으로 60 도 회전시킨 2 장의 렌즈를 조합하여 배치함으로써, 이들 광학 부재의 복굴절을 상쇄시켰다. 또한,〈100〉축을 광축과 일치시킨 부재인 경우에는〈110〉축을 중심으로 45 도 회전시킨 2 장의 렌즈를 조합하여 배치함으로써, 이들 광학 부재의 복굴절을 상쇄시켰다. 또한,〈110〉축을 광축과 일치시킨 부재인 경우에는〈111〉축 및〈100〉축을 각각 광축을 중심으로 45°, 90°, 135°회전시킨 4 장의 렌즈를 조합하여 배치함으로써, 이들 광학 부재의 복굴절을 상쇄시켰다.

이렇게 하여 얻어진 투영 광학계에 대해 F₂ 레이저를 사용하였을 때의 스트레일값을 측정하였다. 본 실시예에서 얻어진 광학계의 스트레일값은 0.92 까지 향상되었고, 투영 광학계로서 충분한 결상 성능을 갖고 있음이 확인되었다.

(비교예 2)

〈광학 부재의 제작〉

실시예 1 과 동일하게 하여 불화칼슘 단결정의 잉곳을 제작하였다.

다음에, 잉곳을 가볍게 두드려 벽개시키고, 그 벽개면 ({111} 면) 을 따라 광학 소재를 잘라내고, 실시예 2 와 동일한 연마, 코팅을 실시하여 광학 부재를 얻었다.

〈F₂ 레이저용 투영 광학계의 제작〉

다음에, 얻어진 광학 부재를 렌즈 및 프리즘으로 사용하고, 도 25 에 나타내는 광학계를 제작하였다. 또, 도 25 중의 모든 렌즈 및 프리즘으로서 본 비교예에서 얻어진 광학 부재를 사용한 점은 실시예 3 과 동일하지만, 이들 렌즈를 배치할 때에는 각각의〈111〉축을 광축과 일치시켰을 뿐, 다른 결정면 방위는 고려하지 않았다.

이렇게 하여 얻어진 투영 광학계에 대해 실시예 3 과 동일하게 하여 스트레일값을 측정하였다. 얻어진 스트레일값은 0.56 이고, 투영 광학계로서의 성능이 불충분하였다.

이상과 같이, 본 발명의 광학 부재의 제조 방법에 따르면 광축방향과 일치하는 결정면 방위 뿐만 아니라 다른 결정면 방위도 관리된 광학 부재를 용이하고 확실하게 얻을 수 있다. 본 발명에 의해 얻어지는 광학 부재를 사용하여 광학계를 제작하는 경우, 광학 부재끼리의 결정면 방위를 상기 기술한 바와 같이 소정 위치 관계가 되도록 배치함으로써, 불화물 결정 고유의 복굴절의 영향을 저감하여 광학계에서의 결상 성능을 충분히 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 광학 부재별로 결정면 방위를 관리함으로써, 각종 면방위를 갖는 광학 부재를 조합하여 광학계를 쌓아올릴 수 있어 설계의 자유도를 크게 할 수 있다.

Claims (7)

1. 불화물 결정 잉곳을 육성하는 육성 공정;

   상기 잉곳의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하는 면방위 측정 공정;

   상기 면방위 측정 공정에서 얻어지는 결정면 방위 중 어느 하나를 따라 상기 잉곳으로부터 광학 소재를 잘라내는 절단 공정; 및

   상기 광학 소재에 소정의 가공 처리를 하여 광학 부재를 얻는 가공 공정을 포함하는, 광학 부재의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결정면 방위는 {111} 면, {100} 면 및 {110} 면으로부터 선택되는 2 개 이상인, 광학 부재의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 면방위 측정 공정은, 상기 결정면 방위에 대한 기준선을 상기 잉곳에 형성하고, 상기 절단 공정은, 상기 기준선에 기초하여 상기 잉곳으로부터 상기 광학 소재를 잘라내는, 광학 부재의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 면방위 측정 공정은, 상기 잉곳의 톱부 또는 콘부를 절단하여 얻어지는 테스트 피스 부분의 2 개 이상의 결정면 방위를 측정하고, 상기 측정된 상기 테스트 피스의 결정면 방위로부터 상기 잉곳의 결정면 방위를 구하는 공정인, 광학 부재의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 면방위 측정 공정은, 피검물에 X 선을 조사하여 결정면 방위를 측정하는 라우에법을 이용하는 공정인, 광학 부재의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 라우에법은 측면 반사법에 의한 것인, 광학 부재의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 절단 공정은 상기 광학 소재의 결정면 방위로부터의 어긋남각이 3°이내인, 광학 부재의 제조 방법.

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