TWI666169B - 氟化鈣光學構件、其製造方法、氣體保持容器及光源裝置 - Google Patents

氟化鈣光學構件、其製造方法、氣體保持容器及光源裝置 Download PDF

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Abstract

提供一種即便於高溫且高壓下亦可確實地使用之CaF2單晶光學構件。
氟化鈣光學構件由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀。單晶氟化鈣之{110}結晶面或{111}結晶面與上述筒之中心軸正交。

Description

氟化鈣光學構件、其製造方法、氣體保持容器及光源裝置
本發明係關於一種氟化鈣光學構件、其製造方法、氣體保持容器及光源裝置，更詳細而言係關於一種氟化鈣單晶之光學構件及其製造方法、含有氟化鈣單晶之光學構件之氣體保持容器及光源裝置。
氟化鈣(CaF2、螢石)單晶對自真空紫外區域至紅外區域之寬波長區域之光具有高透射率。因此，CaF2單晶被廣泛使用作為光學構件，例如，用作準分子燈之發光管之材料(專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開2009-163965號公報
由CaF2單晶形成之光學構件於溫度或壓力不同之各種環境下使用，但可知於高溫、高壓之環境下，強度並不足夠。因此，根據光學構件之用途或環境，存在由CaF2單晶形成之光學構件不適用之情況。
因此，本發明以解決上述課題為目的，目的在於提供一種即便於高溫且高壓下亦可確實地使用之CaF2單晶光學構件、及其製造方法。
根據本發明之第1態樣，提供一種氟化鈣光學構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面或{111}結晶面與上述筒之中心軸正交。
根據本發明之第2態樣，提供一種氟化鈣光學構件之製造方 法，其包括：特定單晶氟化鈣之{110}結晶面或{111}結晶面之方向；及將上述單晶氟化鈣切削為筒狀；上述切削係以上述筒之中心軸與上述特定之{110}結晶面或{111}結晶面之方向相互正交之方式進行。
根據本發明之第3態樣，提供一種氟化鈣構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面或{111}結晶面與上述筒之延伸方向相交之角度為90°±5°之範圍。
根據本發明之第4態樣，提供一種氟化鈣構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面或{111}結晶面與上述筒之延伸方向以接近90°之角度相交。
根據本發明，提供一種即便於高溫且高壓之環境下亦具有充分強度之CaF2單晶光學構件、及其製造方法。
1‧‧‧光學構件
1a‧‧‧開口
1e‧‧‧端面
1i‧‧‧內表面
1o‧‧‧外表面
20、30‧‧‧光源裝置
21、31‧‧‧腔室
22‧‧‧點火源
23、32‧‧‧聚光構件
A‧‧‧中心軸
BS‧‧‧分光鏡
L‧‧‧蓋
LH1‧‧‧電漿光
LH2‧‧‧激發光
UL‧‧‧單位晶格
圖1係本發明之實施形態之光學構件之立體圖。
圖2係表示模擬中之位置約束條件及荷重條件之說明圖。
圖3(a)~(c)係表示光學構件與CaF2單晶之單位晶格(立方晶格)之位置關係、及光學構件與單位晶格之主軸x、主軸y、主軸z之位置關係。
圖4係於模擬中使用之彈性剛度之值。
圖5表示各分析例之分析條件、及分析結果。
圖6係針對每個結晶面表示CaF2單晶之臨界分解剪應力(CRSS)與溫度之關係之圖。
圖7係本發明之實施形態之光源裝置之概略圖。
圖8係本發明另一實施形態之光源裝置之概略圖。
<第1實施形態>
參照圖1~圖6，對本發明之第1實施形態進行說明。
如圖1所示，本實施形態之光學構件1係具有中心軸(旋轉軸)A之圓筒狀CaF2管。光學構件1係由CaF2單晶形成，CaF2單晶之{110}結晶面或{111}結晶面存在於與中心軸A正交之方向。分別對光學構件1之外表面1o、內表面1i、及端面1e實施光學研磨。以下，{110}結晶面、{111}結晶面等僅記載為{110}面、{111}面等。
於本說明書中，所謂「與軸(中心軸、旋轉軸)正交之面」、「與軸(中心軸、旋轉軸)正交而存在之面」不僅係與軸正交之(以90°之角度交叉之)面(「正交面」)，亦包含使正交面繞著含有於該正交面內且與該軸交叉之任意軸朝任意之旋轉方向旋轉約5°以下之角度的面(以90°±5°之角度與軸交叉之面)。
光學構件1可於各種領域使用，例如，於半導體製造裝置之領域中，可於曝光裝置之光源、晶圓檢查裝置之光源等中使用。於此情形時，作為一例，自光學構件1之兩側之端面1e之開口1a之至少一者對光學構件1之內側賦予氣體之後，於兩側之端面1e之開口1a安裝未圖示之蓋，將氣體密封。然後，藉由任意之保持構件(未圖示)保持內側密封有氣體之光學構件1。藉由對以此狀態密封之氣體照射紅外線等激發光使氣體原子(氣體分子)成為電漿狀態，可經由內表面1i及外表面1o將電漿光取出至光學構 件1之外部。
本發明人發現，圓筒形狀之光學構件1對於收納於內部之氣體之氣壓(內壓)之強度、即耐壓性或耐久性係取決於形成光學構件1之CaF2單晶之結晶面之配置，藉由以下之模擬(有限要素分析)，特定最能提高對於光學構件1之內壓之強度的結晶面配置。
<分析對象>
模擬中之分析對象係圖1所示之圓筒形狀之光學構件1。於模擬中，光學構件1之尺寸係將外徑設定為30mm，將內徑設定為25mm，將中心軸A方向之長度設定為50mm。又，於模擬中，光學構件1設為利用由1個結晶所構成之狹義之CaF2單晶形成者。
<分析條件>
於模擬中，以上述尺寸之光學構件1為對象，分析於此種光學構件1產生內壓時於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力之值。首先，對本模擬中進行分析之9種分析例(分析例1~9)之各分析條件進行說明。
以下分析條件於所有分析例中皆相同。
(1)位置約束條件
於所有分析例1~9中，如圖1、圖2所示，於光學構件1之含有端面1e之面與中心軸A之交點設定虛擬約束點VC，藉由約束該虛擬約束點VC之位置，進行光學構件1之整個虛擬約束點約束。藉此，以關於根據荷重之形狀變化可不受任何限制地自由變形之狀態、且以受到荷重而整體之位置不會偏移之方式卡止之狀態約束光學構件1。
(2)荷重條件
於所有分析例1~9中，將光學構件1之內側設定為30atm，藉此，光學構件1於圓周方向均等地受到半徑方向之壓力P(圖2)。
以下分析條件於每個分析例中各不相同。
(3)結晶面配置
於本分析中，將具有以下3種結晶面配置之光學構件1作為分析對象。
配置I：於與光學構件1之中心軸A正交之方向存在CaF2單晶之{100}面(分析例1~3，圖3(a))。
配置II：於與光學構件1之中心軸A正交之方向存在CaF2單晶之{110}面(分析例4~6，圖3(b))。
配置III：於與光學構件1之中心軸A正交之方向存在CaF2單晶之{111}面(分析例7~9，圖3(c))。
參照圖3，對配置I~III更詳細地進行說明。於圖3(a)~(c)之上側，以光學構件1為基準，顯示出CaF2單晶之單位晶格(立方晶格)UL及單位晶格UL之主軸x、主軸y、主軸z相對於光學構件1之配置，於圖3(a)~(c)之下側，以CaF2單晶之單位晶格UL為基準，顯示出光學構件1相對於單位晶格UL之配置。各圖之上下相互對應，光學構件1之中心軸A之方向與單位晶格UL之主軸x、主軸y、主軸z之方向之關係於圖3(a)~(c)之上下分別相同。再者，為方便起見，於圖3(a)~(c)之上側，描繪為光學構件1之中心軸A通過主軸x、y、z之原點。於圖3(a)~(c)之下側，光學構件1之配置僅由光學構件1之中心軸A及端面1e之輪廓表示。
於配置I中，如圖3(a)所示，於與光學構件1之中心軸A正 交之方向存在作為CaF2單晶之{100}面之一的(001)面。此時，單位晶格UL之主軸z與光學構件1之中心軸A一致。又，主軸x、主軸y存在於與中心軸A正交之面內。
於配置II中，如圖3(b)所示，於與光學構件1之中心軸A正交之方向，存在作為CaF2單晶之{110}面之一的(011)面。再者，圖3(b)中之單位晶格UL配置於將圖3(a)中之單位晶格UL以主軸x為中心自主軸y之正方向朝向主軸z之正方向旋轉45°之位置。即，於圖3(b)中，單位晶格UL之主軸x存在於與中心軸A正交之面內，單位晶格UL之主軸y、z分別於由主軸y及主軸z劃分形成之面內相對於光學構件1之中心軸A傾斜45°。
於配置III中，如圖3(c)所示，於與光學構件1之中心軸A正交之方向，存在作為CaF2單晶之{111}面之一的(111)面。再者，圖3(c)中之單位晶格UL之配置係藉由將圖3(a)中之單位晶格UL以主軸x為中心自主軸y之正方向朝向主軸z之正方向旋轉54.7359°之後，以旋轉後之主軸z為中心自主軸x之正方向朝向主軸y之正方向旋轉45°而獲得。因此，於圖3(c)中，單位晶格UL之主軸x、y、z均不存在於與光學構件1之中心軸A正交之面內，而分別相對於中心軸A傾斜特定角度。
(4)材料物性
於本分析中，將具有以下3種材料物性之光學構件1作為分析對象。
材料物性I：為正交各向異性材料且其溫度為25℃之光學構件1(分析例1、4、7)。
材料物性II：為正交各向異性材料且其溫度為100℃之光學構件1(分析例2、5、8)。
材料物性III：為正交各向異性材料且其溫度為200℃之光學構件1(分析例3、6、9)。
光學構件1具有正交各向異性之方面於材料物性I~III中共通。其原因在於，CaF2單晶為正交各向異性材料。又，CaF2單晶為立方晶系單晶體，因此，用於分析之構成式中之彈性矩陣於所有材料物性I~III中成為下式(1)。
此處，C11、C12、C44分別為彈性剛度[GPa]。
另一方面，式(1)所含有之各彈性剛度之值於各溫度下各不相同，即，於材料物性I~III中各不相同。將本分析中使用之彈性剛度C11、C12、C44之值示於圖4。其等之值係依據JISR1602之「精密陶瓷之彈性模數試驗方法」“動態彈性模數試驗方法超音波脈衝法”測定於CaF2單晶內傳輸之超音波之音速[m/s]，並使用該測定值算出者。於在材料物性I之條件下進行分析之情形時，將圖4中25℃之欄中記載之彈性剛度C11、C12、C44應用於式(1)而進行分析。同樣地，於在材料物性II、III之條件下進行分析之情形時，將圖4中之100℃、200℃之欄中記載之彈性剛度C11、C12、C44應用於式(1)進行分析。
將藉由上述各條件、即位置約束條件、荷重條件、結晶面配置、材料物性之組合獲得之分析例1~分析例9整理於圖5之表中。位置約束條件及荷重條件如上述般於所有分析例中相同，因此，於圖5之表中之「分析條件」欄中省略記載。結晶面配置於分析例1~3中，係{100}面與光學構件1之中心軸A正交之配置I，於分析例4~6中，係{110}面與光學構件1之中心軸A正交之配置II，於分析例7~9中，係{111}面與光學構件1之中心軸A正交之配置III。又，關於材料物性，於分析例1、4、7中，光學構件1之溫度為25℃，於分析例2、5、8中，光學構件1之溫度為100℃，於分析例3、6、9中，光學構件1之溫度為200℃。
其次，對在上述條件下進行之模擬之結果進行敍述。本發明人推斷於上述分析條件下形成光學構件1之CaF2單晶之3個{100}面即(100)面、(010)面、(001)面產生之最大剪應力之大小。
<分析例1~3>
於分析例1~3中，對形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面，更詳細而言為(001)面與光學構件1之中心軸A正交之光學構件1(圖3(a))進行分析。藉由該分析而獲得之於CaF2單晶之(100)面、(010)面、(001)面產生之最大剪應力[MPa]之值係如圖5之表中所示。再者，如圖3(a)所示，分析例1~3中之(100)面係於單位晶格UL之主軸z與光學構件1之中心軸A一致之狀態下與由主軸y及主軸z劃分形成之面(以下，適當稱為「yz面」)平行地存在。同樣地，(010)面於該狀態下與由主軸x及主軸z劃分形成之面(以下，適當稱為「xz面」)平行地存在。
如圖5之表中所示，於材料物性為25℃時(分析例1)、100 ℃時(分析例2)、200℃時(分析例3)之任一情形時，均係於(100)面產生之最大剪應力為0.01MPa，於(010)面產生之最大剪應力為0.01MPa，於(001)面產生之最大剪應力為9.21MPa。由此，於分析例1~3中任一情形時，於{100}面產生之最大剪應力均為於(001)面產生之值最大，且其值為9.21MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。
再者，將其他條件不變而僅使荷重條件自內壓30atm降低為20atm、10atm之情形時於{100}面產生之最大剪應力之分析值進而示於圖5之表中。於材料物性為25℃時(分析例1)、100℃時(分析例2)、200℃時(分析例3)之任一情形時，均係於內壓為20atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(001)面產生之6.14MPa，於內壓為10atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(001)面產生之3.07MPa。又，於上述各條件下，最大剪應力產生之位置為光學構件1之內表面1i上。
<分析例4~6>
於分析例4~6中，對形成光學構件1之CaF2單晶之{110}面，更詳細而言為(011)面與光學構件1之中心軸A正交之光學構件1(圖3(b))進行分析。藉由該分析而獲得之於CaF2單晶之(100)面、(010)面、(001)面產生之最大剪應力[MPa]之值係如圖5之表中所示。再者，如圖3(b)所示，分析例4~6中之(100)面存在於單位晶格UL之主軸x與光學構件1之中心軸A正交之面內，於主軸y及主軸z於yz面內相對於中心軸A分別具有45°之角度而存在之狀態下，與yz面平行地存在。同樣地，(010)面於該狀態下與xz面平行地存在，(001)面於該狀態下與由主軸x及主軸y劃分形成之面(以下，適當稱為「xy面」)平行地存在。
如圖5所示，於材料物性為25℃時(分析例4)，於(100)面產生之最大剪應力為7.67MPa，於(010)面產生之最大剪應力為6.92MPa，於(001)面產生之最大剪應力為6.92MPa。因此，於材料物性為25℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(100)面產生之7.67MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。
又，於材料物性為100℃時(分析例5)，於(100)面產生之最大剪應力為7.66MPa，於(010)面產生之最大剪應力為6.93MPa，於(001)面產生之最大剪應力為6.93MPa。因此，材料物性為100℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(100)面產生之7.66MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。同樣地，於材料物性為200℃時(分析例6)，於(100)面產生之最大剪應力為7.67MPa，於(010)面產生之最大剪應力為6.92MPa，於(001)面產生之最大剪應力為6.92MPa。因此，於材料物性為200℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(100)面產生之7.67MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。
再者，將其他條件不變而僅使荷重條件自內壓30atm降低為20atm、10atm之情形時於{100}面產生之最大剪應力之分析值進而示於圖5之表中。於材料物性為25℃時(分析例4)、100℃時(分析例5)、200℃時(分析例6)之任一情形時，均係於內壓為20atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(100)面產生之5.11MPa，於內壓為10atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(100)面產生之約2.56MPa。又，於上述各條件下，產生最大剪應力之位置為光學構件1之內表面1i上。
<分析例7~9>
於分析例7~9中，對形成光學構件1之CaF2單晶之{111}面，更詳細而言為(111)面與光學構件1之中心軸A正交之光學構件1(圖3(c))進行分析。藉由該分析而獲得之於CaF2單晶之(100)面、(010)面、(001)面產生之最大剪應力[MPa]之值係如圖5之表中所示。再者，如圖3(c)所示，分析例7~9中之(100)面於單位晶格UL之主軸x、y、z相對於光學構件1之中心軸A分別傾斜特定角度而存在之狀態下，與yz面平行地存在。同樣地，(010)面於該狀態下與xz面平行地存在，(001)面於該狀態下與xy面平行地存在。
如圖5之表中所示，於材料物性為25℃時(分析例7)，於(100)面產生之最大剪應力為7.17MPa，於(010)面產生之最大剪應力為7.80MPa，於(001)面產生之最大剪應力為5.70MPa。因此，於材料物性為25℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(010)面產生之7.80MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。
又，於材料物性為100℃時(分析例8)，於(100)面產生之最大剪應力為7.18MPa，於(010)面產生之最大剪應力為7.80MPa，於(001)面產生之最大剪應力為5.70MPa。因此，於材料物性為100℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(010)面產生之7.80MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。同樣地，於材料物性為200℃時(分析例9)，於(100)面產生之最大剪應力為7.19MPa，於(010)面產生之最大剪應力為7.79MPa，於(001)面產生之最大剪應力為5.69MPa。因此，於材料物性為200℃時，於{100}面產生之最大剪應力為於(010)面產生之7.79MPa(圖5之表中之「最大值」欄)。
再者，將其他條件不變而僅使荷重條件自內壓30atm降低為20atm、10atm之情形時於{100}面產生之最大剪應力之分析值進而示於圖5之表中。於材料物性為25℃時(分析例7)、100℃時(分析例8)、200℃時(分析例9)之任一情形時，均係於內壓為20atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(010)面產生之約5.20MPa，於內壓為10atm時於{100}面產生之最大剪應力之值為於(010)面產生之2.60MPa。又，於上述各條件下，產生最大剪應力之位置為光學構件1之內表面1i上。
根據以上模擬，於將光學構件1之內壓設為30atm之情形時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於CaF2單晶之{100}面與中心軸A正交之光學構件1中，在25℃、100℃、200℃之任一條件下均為9.21MPa。進而，於將內壓減小為20atm、10atm之情形時，於CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力亦於25℃、100℃、200℃之所有條件下減小為6.14MPa、3.07MPa。
同樣地，於將光學構件1之內壓設為30atm之情形時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1中，在25℃、100℃、200℃之任一條件下均為約7.67MPa。進而，於將內壓減小為20atm、10atm之情形時，於CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力亦於25℃、100℃、200℃之所有條件下減小為5.11MPa、約2.56MPa。又，於將光學構件1之內壓設為30atm之情形時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1中，在25℃、100℃、200℃之任一條件下均為約7.80MPa。進而，於將內壓減小為20atm、10atm之情形時， 於CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力亦於25℃、100℃、200℃之所有條件下減小為約5.20MPa、2.60MPa。
此處，如圖6所示，CaF2單晶之{100}面、{110}面、{111}面之臨界分解剪應力(CRSS)於約600℃以下之溫度區域中，{100}面之值最小。又，{100}面之臨界分解剪應力與{110}面、{111)面之臨界分解剪應力之差於CaF2單晶中產生塑性變形之溫度(約250℃)以下之溫度區域中尤其大。因此，認為於600℃以下之溫度區域尤其250℃以下之溫度區域中，當於由CaF2單晶形成之光學構件1產生應力之情形時，產生於光學構件1之破壞主要起因於在{100}面產生之剪應力達到臨界分解剪應力而於CaF2單晶內部產生滑動。
因此，根據上述之模擬可知，於25℃~200℃之溫度區域中，於{100}面產生之最大剪應力之值最小之光學構件1，即CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1相對於內壓具有最優異之強度(耐壓性)，於{100}面產生之最大剪應力之值第二小之光學構件1，即CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1相對於內壓具有第二優異之強度。
更具體而言，根據圖5之表，於CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1之內壓為30atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域為約7.67MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓30atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約110℃，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至110℃以上之溫度。又，進而，於內壓為20atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{ 100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域為約5.11MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓20atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約160℃，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至160℃以上之溫度。又，進而，於內壓為10atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域為約2.56MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{110}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓10atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少200℃以上之溫度區域，尤其可於約250℃(於CaF2單晶產生塑性變形之溫度)以下之整個溫度區域較佳地使用。又，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至250℃以上之溫度。
又，根據圖5之表，於CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1之內壓為30atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域中為約7.80MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓30atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約110℃，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至110℃以上之溫度。又，進而，於內壓為20atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域中為約5.20MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓20atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約160℃，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至160℃以上 之溫度。又，進而，於內壓為10atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域中為約2.60MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓10atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少200℃以上之溫度區域，尤其可於約250℃(於CaF2單晶產生塑性變形之溫度)以下之整個溫度區域較佳地使用。又，若增大光學構件1之半徑方向之厚度，則可較佳地使用至250℃以上之溫度。
另一方面，根據圖5之表，於CaF2單晶之{100}面與中心軸A正交之光學構件1之內壓為30atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域中為9.21MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{100}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓30atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約70℃，該溫度低於在對CaF2單晶之{110}面或{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加相同之內壓之情形時可安全地使用該等光學構件1之溫度(上述之110℃)。又，進而，於內壓為20atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區域中為約6.14MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{100}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓20atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約120℃，該溫度亦低於在對CaF2單晶之{110}面或{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加相同之內壓之情形時可安全地使用該等光學構件1之溫度(上述之約160℃)。又，進而，於內壓為10atm時，於形成光學構件1之CaF2單晶之{100}面產生之最大剪應力於25℃至200℃之溫度區 域中為約3.07MPa。由此，根據圖6，於對CaF2單晶之{100}面與中心軸A正交之光學構件1施加內壓10atm之情形時，可不產生因{100}面之滑動導致之破壞而較佳地使用到至少約200℃左右，該溫度亦窄於在對CaF2單晶之{110}面或{111}面與中心軸A正交之光學構件1施加相同之內壓之情形時可安全地使用該等光學構件1之溫度範圍(如上所述，約250℃以下之整個溫度區域)。
根據以上情況，於光學構件1中，於CaF2單晶之{110}面或{111}面與中心軸A正交之情形時，光學構件1對於內壓之強度提高。由此，於光學構件1中，較佳為於與中心軸A正交之方向上配置CaF2單晶之{110}面或{111}面，更佳為配置{110}面。藉此，可於高溫且高壓下使用光學構件1。
其次，說明本實施形態之光學構件1之製造方法。成為光學構件1之材料之CaF2單晶例如可使用日本專利第4569872號、日本特開第2006-327837號等中記載之單晶製造方法來製造。對於所獲得之CaF2單晶鑄錠使用X射線結晶方位測定裝置等進行結晶方位之測定。
藉由上述測定特定CaF2單晶鑄錠中之{110}面或{111}面之延伸方向後，以該方向成為與中心軸X正交之方向之方式，進行切削加工，而獲得如圖1所示之圓筒。於圓筒之切削加工中，可將CaF2單晶鑄錠直接切削為圓筒形狀，亦可將CaF2單晶鑄錠暫時切削為角柱狀之後，再將其切削為圓筒。
最後，對藉由切削加工而獲得之圓筒之內周面、外周面、端面實施光學研磨處理，藉此可獲得本實施形態之光學構件1。可於本實施形 態中之光學研磨處理中直接使用應用於光學零件之普通之研磨方法。例如，可使用研磨墊、研磨砂而研磨所切削之圓筒。
其次，對本實施形態之效果進行總結。
於本實施形態之光學構件1中，以於光學構件1之內部產生內壓之情形時於{100}面產生之分解剪應力即成為CaF2單晶之滑動之原因之分解剪應力變小之方式，配置有CaF2單晶之結晶面。因此，根據本實施形態之光學構件1，可不產生破壞而將更高溫且高壓之氣體封入至內部，可實現電漿發光效率之提昇或使用於電漿發光之氣體選項之增加等。
又，根據本實施形態之光學構件1，對於圓筒狀之CaF2單晶構件，不添加任何追加之構件或構造，僅適當地設定CaF2單晶之結晶面之配置，而提高圓筒狀之CaF2單晶構件對於內壓之強度。因此，本實施形態之光學構件1能直接以簡易之形狀於更高溫且高壓之環境下使用，且可將光學構件1之內部產生之光在不產生遮蔽下以高效率釋出至外側。
<第2實施形態>
其次，參照圖7對本發明之第2實施形態進行說明。
如圖7所示，第2實施形態之光源裝置20主要具備腔室21、點火源22、及聚光構件23。腔室21係於第1實施形態之圓筒狀光學構件1之中心軸A方向兩端部安裝有蓋L之氣體保持容器，內部保持有氣體(離子性介質)。蓋L為密封構件之一例，可使用金屬、合金等。密封構件亦可含有設置於蓋L與光學構件1之間之密封構件。作為密封構件，亦可使用使金屬、合金軟化之狀態者，藉此可將蓋L與光學構件1接合。又，亦可設為如下構成：使作為密封構件之氟橡膠(FKM)等密封圈位於光學構件1與蓋L之間， 於軸向對光學構件1之兩端部之蓋L加壓，藉此使蓋L保持光學構件1之端面。或者，亦可使陶瓷位於蓋L與光學構件之間作為密封構件。
點火源22具有陽極22a、陰極22c、及連接於該兩個電極之電源22s。陽極22a貫通腔室21之兩端部之蓋L中之其中一個之中央而固定於蓋L，陽極22a之前端部位於腔室21之內部。陰極22c亦同樣地，貫通腔室21之另一個蓋L之中央而固定於蓋L，陰極22c之前端部位於腔室21之內部。藉此，陽極22a之前端部與陰極22c之前端部於腔室21之內部具有間隙而對向。
點火源22藉由電源22s而使陽極22a及陰極22c間產生電位差，使陽極22a與陰極22c之間之間隙產生放電。於以下之說明中，將藉由點火源22而引起放電之陽極22a與陰極22c之間之間隙稱為放電區域DA。作為電極之材料可使用貴金屬、含有貴金屬之合金、鎳等。
於使用光源裝置20時，藉由點火源22使放電區域DA產生放電，而激發保持於腔室21內之離子性介質。藉此，達到電漿狀態之離子性介質發光，而放射電漿光LH1。所放射之電漿光LH1透過腔室21之光學構件1之後，由聚光構件23(作為一例為放射面鏡)反射，而朝向檢查裝置(作為一例為晶圓檢查系統)或曝光裝置等之對象物。
再者，亦可使用雷射源(未圖示)對放電區域DA照射激發雷射。於此情形時，例如，藉由點火源22使放電區域DA產生放電，自成為電漿狀態之放電區域DA之離子性介質進行電漿發光。繼而，藉由雷射源對放電區域DA之離子性介質供給雷射能量，而維持或產生來自放電區域DA之高亮度之電漿光LH1。作為用以使用雷射源對放電區域DA供給雷射能量之構造，例如可使用下述第3實施形態之構造。
第2實施形態之光源裝置20於腔室21之一部分使用第1實施形態之光學構件1。因此，可與第1實施形態同樣地實現電漿發光效率之提昇或使用於電漿發光之氣體選項之增加等。又，可將腔室21之內部產生之電漿光LH1在不產生遮蔽下以高效率釋出至腔室21之外側。
<第3實施形態>
參照圖8對本發明之第3實施形態進行說明。
如圖8所示，第3實施形態之光源裝置30主要具備腔室31及聚光構件32。腔室31係於第1實施形態之圓筒狀光學構件1之中心軸A方向兩端部安裝有蓋L之氣體保持容器，且內部保持有氣體(離子性介質)。作為一例，聚光構件32為抛物面鏡。
於使用光源裝置30時，將自雷射源(未圖示)向箭頭a(圖8)之方向供給之激發光LH2經由分光鏡BS及聚光構件32照射至腔室31內之離子性介質。藉此，自所照射之激發光LH2被供給能量之離子性介質達到電漿狀態，而產生高亮度之電漿光LH1。所產生之電漿光LH1透過腔室31之光學構件1之後，由聚光構件32、及分光鏡BS反射而向箭頭b(圖8)之方向前進，並被供給至檢查裝置(作為一例為晶圓檢查系統)或曝光裝置等之對象物。再者，以下，將腔室31內之離子性介質成為電漿狀態之區域稱為電漿區域PA。
於本實施形態之光源裝置30中，使用聚光構件32將激發光LH2聚光，於腔室21內之小區域形成電漿區域PA，並使之產生電漿光LH1。因此，可產生高亮度之電漿光LH1。再者，若調整聚光構件32之形狀等使電漿區域PA更小，則可產生更高亮度之電漿光LH1。
第3實施形態之光源裝置30於腔室31之一部分使用第1實施形態之光學構件1。因此，可與第1實施形態同樣地實現電漿發光效率之提昇或使用於電漿發光之氣體選項之增加等。又，可對腔室31內部之電漿區域PA高效率地賦予激發光LH2，與此同時，可將腔室31內部產生之電漿光LH1在不產生遮蔽下以高效率釋出至腔室31之外側。
再者，於上述各實施形態中，光學構件1為圓筒，但光學構件1之形狀並不限於此，只要為筒狀，則亦可並非為圓筒。例如，亦可為與中心軸A正交之剖面之形狀為橢圓、長圓、自中心起之距離於一部分與周圍不同之大致圓形等之筒，此外可為任意之剖面形狀。又，圓筒及筒之半徑方向之厚度並不限於固定者，一部分之半徑方向之厚度亦可大於其他部分之半徑方向之厚度。
再者，於上述第2實施形態、第3實施形態中，係於光學構件1之中心軸A方向之兩側，於端部1e之開口1a安裝蓋L而將氣體密封，將光學構件1單獨地用作光源用構件，但光學構件1之使用方法並不限於此。例如，亦可將光學構件1用作藉由壓接等將光學構件1與其他CaF2單晶構件接合而獲得之更大之光學構件之一部分。作為一例，以此方式獲得之更大之光學構件可為如下光學構件，即，具有：共有中心軸A之兩個光學構件1；及球殼部，該球殼部於中心軸A方向上被該兩個光學構件夾持，且於與中心軸A相同軸上具有旋轉軸。又，例如，可為於光學構件1之一端壓接有圓板狀蓋部且於另一端壓接有圓環狀凸緣部之光學構件。
再者，於上述實施形態之光學構件1中，於與中心軸A具有90°±5°之角度而交叉之方向配置有CaF2單晶之{110}面或{111}面。然而 ，更理想為，於與中心軸A具有90°±3°之角度而交叉之方向上配置有CaF2單晶之{110}面或{111}面，更進一步理想為，於與中心軸A具有90°之角度而交叉之方向上配置有CaF2單晶之{110}面或{111}面。
第2實施形態之腔室21及第3實施形態之腔室31亦可作為氣體保持容器使用。於氣體保持容器中，亦可將成為檢查或測定對象之物體以保存於氣體中之狀態密封而使用。
再者，於上述實施形態中，氣體(離子性介質)並不限於用以發出電漿光之氣體，只要為用以發出準分子光等自真空紫外區域至紅外區域之波長區域之光之任意氣體即可。
只要維持本發明之特徵，則本發明並不限定於上述實施形態，關於在本發明之技術思想之範圍內可考慮到之其他形態，亦包含於本發明之範圍內。
[產業上之可利用性]
根據本發明之氟化鈣光學構件，可簡便地獲得一種即便於高溫、高壓之環境下亦可不破損而較佳地使用之CaF2單晶光學構件。由此，可對半導體製造裝置等各種領域提供具有充分強度之氟化鈣光學構件。又，可提供具備具有充分強度之氟化鈣光學構件之氣體保持容器或光源裝置，進而，可製造更精密之半導體元件等。

Claims (20)

  1. 一種氟化鈣光學構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面與該筒之中心軸正交。
  2. 如申請專利範圍第1項之氟化鈣光學構件，其中，該筒狀為圓筒狀。
  3. 如申請專利範圍第1項之氟化鈣光學構件，其中，該氟化鈣光學構件為於內部密封氣體之氣體密封用容器。
  4. 如申請專利範圍第1項之氟化鈣光學構件，其係用作光源用構件。
  5. 一種氟化鈣光學構件之製造方法，包括：特定單晶氟化鈣之{110}結晶面之方向；及將該單晶氟化鈣切削為筒狀；該切削係以該筒之中心軸與該特定之{110}結晶面之方向相互正交之方式進行。
  6. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中，該筒狀為圓筒狀。
  7. 一種氟化鈣構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面與該筒之延伸方向相交之角度為90°±5°之範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項之氟化鈣構件，其中，單晶氟化鈣之{110}結晶面與該筒之延伸方向相交之角度為90°。
  9. 如申請專利範圍第7項之氟化鈣構件，其中，該筒狀氟化鈣構件之延伸方向為該筒之中心軸之方向。
  10. 如申請專利範圍第7項之氟化鈣構件，其中，該氟化鈣構件為內部密封氣體之氣體密封用容器。
  11. 如申請專利範圍第7項之氟化鈣構件，其中，該筒狀為圓筒狀。
  12. 一種氟化鈣構件，由單晶氟化鈣形成且具有筒狀之形狀，單晶氟化鈣之{110}結晶面與該筒之延伸方向以接近90°之角度相交。
  13. 一種氣體保持容器，其具有：申請專利範圍第1至4項中任一項之氟化鈣光學構件；及密封構件，其連結於該筒狀之氟化鈣光學構件而於該筒狀之氟化鈣光學構件之內部形成封閉空間。
  14. 一種氣體保持容器，其具有：申請專利範圍第7至12項中任一項之氟化鈣構件；及密封構件，其連結於該筒狀之氟化鈣構件而於該筒狀之氟化鈣構件之內部形成封閉空間。
  15. 一種光源裝置，其具有：申請專利範圍第1至4項中任一項之氟化鈣光學構件；密封構件，其連結於該筒狀之氟化鈣光學構件而於該筒狀之氟化鈣光學構件之內部形成封閉空間；及氣體激發部，其對保持於該封閉空間之氣體賦予用以激發該氣體之能量。
  16. 如申請專利範圍第15項之光源裝置，其中，該氣體激發部為將激發光聚光至該氟化鈣光學構件內部之聚光部。
  17. 如申請專利範圍第15項之光源裝置，其中，該氣體激發部含有設置於該氟化鈣光學構件內部之封閉空間之電極。
  18. 一種光源裝置，其具有：申請專利範圍第7至12項中任一項之氟化鈣構件；密封構件，其連結於該筒狀之氟化鈣構件而於該筒狀之氟化鈣構件之內部形成封閉空間；及氣體激發部，其對保持於該封閉空間之氣體賦予用以激發該氣體之能量。
  19. 如申請專利範圍第18項之光源裝置，其中，該氣體激發部為將激發光聚光至該氟化鈣構件內部之聚光部。
  20. 如申請專利範圍第18項之光源裝置，其中，該氣體激發部含有設置於該氟化鈣構件內部之封閉空間之電極。
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