(57)【要約】【課題】不純物の少ない屈折率の均一な結晶を製造することができる蛍石結晶製造方法を提供する。【解決手段】蛍石を真空容器内で結晶製造する方法において、真空容器内に構成部材からの脱ガスを断熱部材の外部から行う手段を備え、構成部材の脱ガス工程を行うことを特徴とする蛍石結晶製造方法を提供する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍石を真空容器内で結晶製造する方法において、真空容器内に構成部材からの脱ガスを断熱部材の外部から行う手段を備え、構成部材の脱ガス工程を行うことを特徴とする蛍石結晶製造方法。
【請求項２】
前記構成部材からの脱ガス工程が、蛍石内の不純物を除去する反応材料（以下スカベンジャーと称する）と反応する炉内温度以下で行われることを特徴とする請求項１記載の蛍石結晶製造方法。
【請求項３】
前記脱ガス手段が輻射加熱であることを特徴とする請求項１又は２記載の蛍石結晶製造方法。
【請求項４】
前記加熱手段が赤外線ランプであることを特徴とする請求項３記載の蛍石結晶製造方法。
【請求項５】
前記蛍石結晶製造方法は、ブリッジマン法、又は、ＶＧＦ法であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の蛍石結晶製造方法。
【請求項６】
真空を保持する真空容器、真空容器内を排気するための真空ポンプを含む排気系装置、真空容器内に蛍石を加熱するためのヒーター、放熱を防ぐための断熱部材から構成される蛍石結晶製造装置において、真空容器と断熱部材の間に構成材料を脱ガスするための加熱機構を備えたことを特徴とする蛍石結晶製造装置。
【請求項７】
前記蛍石結晶製造装置において、脱ガスするための加熱機構が、赤外線ランプであることを特徴とした請求項６記載の蛍石結晶製造装置。
【請求項８】
前記蛍石結晶製造装置において、構成部材の脱ガスを行う赤外線ランプの設置位置が、加熱時の放出ガスの主排気経路に設置されていないことを特徴とする請求項６記載の蛍石結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、レンズ等の光学部材に用いられる蛍石の結晶材料を製造するための結晶製造装置及び結晶製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学部材は、望遠鏡、カメラ、あるいは半導体集積回路製造用の露光装置等に用いられている。とりわけ、露光装置では高品質の光学部材が望まれている。
【０００３】
近年、半導体集積回路の高集積化にともない、超微細パターン形成への要求が益々高まっている。微細パターンをウェハー上に転写する装置としては、ステップアンドリピート方式の縮小投影小型露光装置（ステッパー）が多用されている。高集積化するためには、ステッパー投影レンズの解像度を上げる必要がある。そして、投影レンズの解像度を上げるには短波長の露光光を用い、投影レンズの開口数大きく（大口径化）する必要がある。
【０００４】
また、露光光の短波長は、Ｉ線（波長３６５ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、と進んできており、Ａｒ−Ｆエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）が使われつつある。今後は、Ｆ２エーザーが有望視されている。Ｉ線までの波長域では、光学系に従来の光学レンズを使用することが可能であったが、Ｋｒ−Ｆエキシマレーザー光、Ａｒ−Ｆエキシマレーザー光の波長域では、透過率が低く従来の光学ガラスを使用することは不可能である。
【０００５】
このため、エキシマレーザー露光装置の光学系には、短波長光の透過率の高い石英ガラスまたは蛍石を使用するのが一般的になっている。とりわけＦ２エキシマレーザー波長では、蛍石の使用が必須である。
【０００６】
また、ステッパー投影レンズを構成する各レンズは、極限の面精度で研磨されるが、多結晶になっていると結晶方位によって研磨速度が異なるため、レンズの面精度を確保することが困難になる。
【０００７】
更に、多結晶の場合には、結晶界面に不純物が析出しやすく、屈折率の均一性を損ねたり、レーザー照射により蛍光を発したりする。
【０００８】
このような理由でエキシマレーザー露光装置の投影レンズでは大口径の単結晶蛍石が望まれている。
【０００９】
一般的な化合物結晶製造装置は、特開平０９−００２８９０、特開平０８−３３３１８７，特開平０９−００２８９０、ヒーター外部に断熱部材を配置し、断熱部材近傍に真空容器が配置されている。
【００１０】
蛍石の結晶製造装置に関しても特開平１１−９２２６９、特開平１１−９２２７０、特開平１１−９２２６８のようにヒーター外部に断熱部材を配置し、断熱部材近傍に真空容器が配置されている。
【００１１】
真空容器は、高温炉の場合は一般的に水冷されている。
【００１２】
溶融材料をヒーターで加熱してゆくと、外部の放熱し断熱材が昇温する。断熱部材の外部温度は真空容器が水冷していることもあり、断熱部材内部より遅れて昇温されることとなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、不純物の少ない屈折率の均一な結晶を製造することが目的である。
【００１４】
蛍石の不純物の主なものは水分であることが知られている。
【００１５】
このように従来の断熱部材内部温度がスカベンジャーの反応する温度に達するが、断熱部材外部は真空容器が水冷されていることと、断熱部材であるがために、内部と外部の温度差が大きく、断熱部材外部が水分の脱離温度まで昇温しない状態が発生することが問題となる。
【００１６】
前記の状態が発生すると蛍石結晶に主不純物である水分が検出され、屈折率が不均一な部分ができてしまうことが判明した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶製造方法は、断熱部材の外部に脱ガス手段を備え、構成部材の脱ガスを行う工程を行い、蛍石結晶内の不純物を低減することを特徴とする。
【００１８】
本発明の結晶製造方法は、断熱部材の外部に脱ガス手段を備え、構成部材の脱ガスを行う工程をスカベンジャーが反応する温度以下で行い、スカベンジャー反応時の蛍石への不純物汚染を低減することを特徴する。
【００１９】
本発明の結晶製造方法は、脱ガス手段が、赤外線ランプやヒーターなどの加熱手段を使用し、結晶製造時の蛍石への不純物汚染を低減することを特徴する。
【００２０】
本発明の結晶製造装置は、真空を保持する真空容器、真空容器内を排気するための真空ポンプを含む排気系、真空容器内に蛍石を加熱するためのヒーター、放熱を防ぐための断熱材から構成される結晶製造装置において、真空容器と断熱部材の間に断熱部材を脱ガスするための赤外線ランプやヒーターなどの加熱機構を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の結晶製造装置は、前記、結晶製造装置において、赤外線ランプの設置位置が、加熱時の放出ガスの主排気経路に設置されていないことを特徴とした。
【００２２】
本発明によれば、スカベンジャー反応温度前に、炉内構成部材（主に、断熱部材、真空容器）の不純物除去を行うことができ、蛍石への炉内構成部材から脱離する不純物汚染の影響を低減することができた。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に封着の実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２４】
【実施例１】
図１は本発明の実施形態に係る蛍石結晶製造装置の断面図である。第一の実施形態は、炉内構成部材の脱ガス手段として赤外線ランプを用い、炉内ヒーターで昇温する前に赤外線ランプにより炉内構成部品の脱ガスを行った形態である。
【００２５】
図１における結晶製造装置は、１の真空を保持するための真空容器、２の真空容器内を真空排気するための真空排気系、３の結晶材料を加熱するためのヒーター（今回はグラファイトヒーターを使用した）、４の炉内の放熱を防ぐための断熱部材（今回は、カーボンファイバーを使用した）、断熱部材と真空容器の間に、炉内構成部材の脱ガス手段である赤外線ランプを配置している。断熱部材の構成は、蛍石加熱時に反応物として発生するフッ酸に赤外線ランプのガラスが侵食されにくいような真空排気経路になるように構成した。
【００２６】
実験は、以下の手順で行った。
【００２７】
１の真空容器を、大気開放し蛍石を入れた坩堝をセットする。
【００２８】
１の真空容器を２の真空排気系で真空に排気する。所定の圧力以下（今回は１Ｐａ以下に排気した）になってから、赤外線ランプで炉内構成部材を加熱脱ガスした。脱ガス時の温度は、蛍石がスカベンジャーと反応する温度以下とした。今回は２００℃設定で５時間脱ガスを行ったが、主不純物である水分が脱離しやすい温度であれば問題はない。
【００２９】
炉内構成部材の脱ガス後、３のヒーターを昇温させ（今回は１３８０℃まで昇温）蛍石の溶融をした。ルツボを回転させゆっくりと引下げ（今回は５ｍｍ／Ｈｒ）結晶成長させた。
【００３０】
【実施例２】
第二の実施形態は、第一の実施形態と同じ装置を用いた。第二の実施形態は、炉内構成部材の脱ガス手段として赤外線ランプを用い、炉内ヒーターで昇温開始と同時に赤外線ランプにより炉内構成部品の脱ガスを開始した形態である。
【００３１】
図１における結晶製造装置は、１の真空を保持するための真空容器、２の真空容器内を真空排気するための真空排気系、３の結晶材料を加熱するためのヒーター（今回はグラファイトヒーターを使用した）、４の炉内の放熱を防ぐための断熱部材（今回は、カーボンファイバーを使用した）、断熱部材と真空容器の間に、炉内構成部材の脱ガス手段である赤外線ランプを配置している。断熱部材の構成は、蛍石加熱時に反応物として発生するフッ酸に赤外線ランプのガラスが侵食されにくいような真空排気経路になるように構成した。
【００３２】
実験は、以下の手順で行った。
【００３３】
１の真空容器を、大気開放し蛍石を入れた坩堝をセットする。
【００３４】
１の真空容器を２の真空排気系で真空に排気する。所定の圧力以下（今回は１Ｐａ以下に排気した）になってから、赤外線ランプで炉内構成部材を加熱脱ガスした。脱ガス時の温度は、蛍石がスカベンジャーと反応する温度以下とした。今回は２００℃設定で５時間脱ガスを行ったが、主不純物である水分が脱離しやすい温度であれば問題はない。
【００３５】
炉内構成部材の脱ガス後、３のヒーターを昇温させ（今回は１３８０℃まで昇温）蛍石の溶融をした。ルツボを回転させゆっくりと引下げ（今回は５ｍｍ／Ｈｒ）結晶成長させた。
【００３６】
【実施例３】
図３は本発明の第三の実施形態に係る蛍石結晶製造装置の断面図である。第三の実施形態は、炉内構成部材の脱ガス手段としてシースヒーターを用い、炉内ヒーターで昇温開始と同時にシースヒーターにより炉内構成部品の脱ガスを開始した形態である。
【００３７】
図１における結晶製造装置は、１の真空を保持するための真空容器、２の真空容器内を真空排気するための真空排気系、３の結晶材料を加熱するためのヒーター（今回はグラファイトヒーターを使用した）、４の炉内の放熱を防ぐための断熱部材（今回は、カーボンファイバーを使用した）、断熱部材と真空容器の間に、炉内構成部材の脱ガス手段であるシースヒーターを配置している。
【００３８】
実験は、以下の手順で行った。
【００３９】
１の真空容器を、大気開放し蛍石を入れた坩堝をセットする。
【００４０】
１の真空容器を２の真空排気系で真空に排気する。所定の圧力以下（今回は０．８Ｐａ以下に排気した）になってから、赤外線ランプで炉内構成部材を加熱脱ガスした。脱ガス時の温度は、蛍石がスカベンジャーと反応する温度以下とした。今回は１８０℃設定で１０時間脱ガスを行ったが、主不純物である水分が脱離しやすい温度であれば問題はない。
【００４１】
炉内構成部材の脱ガス後、３のヒーターを昇温させ（今回は１３８０℃まで昇温）蛍石の溶融をした。ルツボを回転させゆっくりと引下げ（今回は５ｍｍ／Ｈｒ）結晶成長させた。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、温度の上昇が遅い断熱部材外部をスカベンジャー反応以前に脱ガスしておくことで、蛍石内部に混在する不純物が減少した。不純物が減少したことにより、屈折率の均一な透過率の高い良質な蛍石結晶を製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍石結晶製造方法の赤外線ランプにより脱ガスを行う実施形態を示す概略図である。
【図２】従来の蛍石結晶製造方法の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の蛍石結晶製造方法のシースヒーターにより脱ガスを行う実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　　真空容器
２　　　真空排気系
３　　　ヒーター
４　　　断熱部材
５　　　赤外線ランプ
６　　　シースヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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