[發明專利]抗輻射性的氟化物晶體的生產工藝

有效

• 申請號: 201110365130.1
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102465331A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: U.帕爾
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司SMT有限責任公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邱軍

技術領域

本發明涉及產生對于紫外輻射具有高抗輻射性的氟化物晶體(特別是氟化鈣晶體)的工藝，該工藝包括：提供包含堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物的晶體粉末以形成原料晶體塊(raw?crystal?mass)，在晶體生長單元中熔融該原料晶體塊以及通過冷卻固化熔融的原料晶體塊。本發明還涉及通過該工藝產生的氟化物晶體以及還涉及由這樣的氟化物晶體產生的光學部件。

背景技術

堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物的大塊、高均勻度且理想地無散射的單晶(或鑄錠)，特別是CaF₂，典型地在生長熔爐中自原料晶體塊在一階段或多階段工藝中產生。這樣的晶體，特別是氟化鈣晶體，在(近)UV范圍，例如在193nm的波長具有高透射率。因此，這些能用作投射或照明單元中的透射光學元件，例如用作透鏡、棱鏡等，或者用作用于微光刻的激光系統中的光束成形元件。不言而喻，除了單晶之外，還可能使用由用于產生光學部件的多個相構成的晶體氟化物材料，例如在GB?1?104?182中說明的。

特別地，當晶體材料用于處于具有高輻射曝光(例如在大于50mJ/cm²的能量密度)的位置的透鏡、照明和激光系統中時，如果晶體材料具有結構性晶體缺陷(瑕疵)，則存在晶體材料被所使用的硬UV輻射損壞的問題，該硬UV輻射例如通過準分子激光器產生。這樣的結構性晶體缺陷是可以尤其通過在結晶期間摻入外來原子或外來顆粒引起的晶體結構中的缺陷。在強UV輻射下，色心(color?center)形成在瑕疵中，色心隨著增加輻射劑量而不可逆地減少晶體透射率。在高純度晶體的情形下，吸收系數隨著增加輻射劑量而趨向于飽和值；該飽和值可以用作氟石材料的抗激光性的特征量度，如在申請人的DE?10?2009?030?203?A1中說明的。

基本上認為，結構性晶體缺陷會由于適當控制的生長和熱處理工藝而受到影響。因而，例如，EP?0?939?147?A2公開了一種工藝，在該工藝中具有改善的光學性質的單晶氟化鈣通過在其上執行具有一特定溫度分布的熱處理工藝產生。

特別地，還認為即使很少量的氧(ppm范圍內)由于所述技術而被引入到生長裝置中的原料晶體塊中，其在晶體原材料或原料晶體塊的熔融物中也引起不期望的化學副反應。這樣的副反應通過摻入外來原子或離子到晶體點陣中而導致晶體缺陷的形成，并且還導致微觀小顆粒的金屬氧化物(例如CaO、PbO或MgO)的沉淀，并因而由于吸收或散射導致晶體光學性質惡化。

這樣的氧缺陷位的形成會由于適當的保護氣體氣氛的使用以及凈化劑的使用而受到影響。凈化劑是純化劑，即用于從原質晶體材料移除雜質的物質。在含氟化物的晶體的情形下，除氧劑諸如PbF₂通常用于該目的。已經發現添加PbF₂使發生導致氧化物、氫氧化物或水的大量去除的化學反應。這里，例如，甚至在低于氟化鈣的熔點的幾百攝氏度為易揮發的物質，例如PbO等，在600℃到900℃的溫度范圍內形成。

這里，雜質蒸發或升華到晶體周圍的氣氛中并且可以在那里被從設備(plant)(生長爐)移除。這樣的步驟例如在K.Th.Wilke，Kristallzüchtung，Deutscher?Verlag?der?Wissenschaft，Berlin?1988，第630頁中進行了說明。在例如沿小角度晶粒邊界沉積的晶體中的雜質也可以通過這樣的純化工藝最少化。

然而，從例如DE?101?42?651?A1已知使用PbF₂形式的晶體凈化劑可以導致(就抗激光性而言)晶體中外來金屬氧化物(PbO)或氟化物(PbF₂)的不可忽略的殘留物，這些不能通過蒸餾/升華完全去除。