DE60027942T2

DE60027942T2 - Verfahren zum Herstellen von Quarzglas

Info

Publication number: DE60027942T2
Application number: DE60027942T
Authority: DE
Inventors: Nikon Corporation Norio Chiyoda-ku Komine; Nikon Corporation Seishi Chiyoda-ku Fujiwara; Nikon Corporation Akiko Chiyoda-ku Yoshida; Nikon Corporation Hiroki Chiyoda-ku Jinbo; Nikon Corporation Norihisa Chiyoda-ku Yamaguchi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: DE60027942D1; EP1035078A2; EP1035078A3; US20040095566A1; US20050284177A1; EP1035078B1; US6649268B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicaglases und mehr spezifisch die Herstellung eines optischen Teils aus einem Silicaglas, das zur Verwendung in einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage oder dgl. unter Verwendung von Vakuum-Ultraviolettlicht wie einem ArF-Exzimerlaser geeignet ist.
Konventionell wird eine Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage (Photolithographieanlage) wie ein Stepper in einem Verfahren zum Transferieren eines feinen Musters aus einem Schaltkreis auf einem Siliciumwafer oder dgl. verwendet, wenn ICs (Schaltkreise) und LSI (große Schaltkreise) erzeugt werden. Für diese Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage sind breitere Belichtungsflächen und höhere Auflösung gegenüber der gesamten Belichtungsfläche erforderlich und die Verbesserung der Anlage wurde untersucht, indem die Wellenlänge des Lichtes, das von der Belichtungslichtquelle emittiert wird, verkürzt oder die numerische Öffnung (NA) des optischen Projektionssystems erhöht wird oder dgl. Insbesondere ist die Verkürzung der Lichtwellenlänge sehr effektiv bezüglich der Verbesserung der Auflösung der Anlage, was eine Verschiebung von einer g-Linie (436 nm) zu einer i-Linie (365 nm), weiterhin zu einem KrF-Exzimerlaser (248 nm) oder einem ArF-Exzimerlaser (193 nm) verursacht.
Auf der anderen Seite sind für optische Teile, die ein optisches System einer Reduktionprojektions-Belichtungsanlage ausmachen, eine hohe Lichttransmission und UV-Resistenz erforderlich, die für die Verwendung von Licht mit einer solchen kurzen Wellenlänge geeignet ist. Beispielsweise müssen optische Teile, die in einem optischen Projektionssystem eines Steppers verwendet werden, eine hohe Lichttransmission mit einem internen Absorptionsverlustkoeffizienten von 0,001 cm^–1 im Hinblick auf Licht mit einer kurzen Wellenlänge wie oben beschrieben aufweisen, d.h. eine Lichtabsorptionswellenlänge von 0,1% oder weniger pro 1 cm Dicke.
Jedoch hat ein konventionelles optisches Glas, das in einem optischen System einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage unter Verwendung einer g-Linie oder einer i-Linie eingesetzt wird, keine ausreichende Transmissionseigenschaft im Hinblick auf Licht, dessen Wellenlänge kürzer ist als die der i-Linie und entfaltet eine geringe Transmission im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 250 nm oder weniger. Daher wird ein optisches Teil unter Verwendung von Silicaglas oder Calciumfluoridkristall, das eine höhere Lichttransmission im Hinblick auf eine solche kurze Wellenlänge entfaltet, entwickelt.
Als Syntheseverfahren des Silicaglases wird ein Dampfphasensyntheseverfahren, das als direktes Verfahren bezeichnet wird, wobei Siliciumtetrachlorid als Material verwendet wird, konventionell eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden zunächst durch Ejektion von hochreinem Siliciumtetrachloridgas als Material vom zentralen Bereich eines Brenners, erzeugt aus Silicaglas, mit einer multitubularen Struktur und durch ejizieren von Sauerstoffgas und Wasserstoffgas vom peripheren Bereich einer Materialejizieröffnung feine Teilchen aus Silicaglas durch eine hydrolytische Reaktion zwischen Siliciumtetrachlorid und Wasser erzeugt, das durch Brennen von Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt wird. Die feinen Teilchen aus Silicaglas werden auf einem Zielobjekt niedergeschlagen, das unter dem Brenner rotiert, kippt und sich abwärts bewegt, was durch die Verbrennungswärme des Wasserstoffgases verschmolzen und verglast wird, unter Erhalt eines Silicaglasbarrens. Siliciumtetrachlorid als Material wird im allgemein ejiziert, indem es mit einem Trägergas verdünnt wird, und in vielen Fällen wird Sauerstoffgas als Trägergas verwendet. Als Zielteil zum Niederschlagen der feinen Teilchen aus Silicaglas wird üblicherweise eines aus einer opaken Silicaglasplatte verwendet.
Das erwähnte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Wasserstoffchlorid bei der Synthese erzeugt wird und optische Teile aus Silicaglas, die durch dieses Verfahren erhalten werden, Probleme bezüglich der UV-Resistenz wie eine deutliche Erniedrigung der Lichttransmission haben, wenn sie mit UV-Licht mit hohem Ausstoß oder Exzimer-Laserstrahlen für eine lange Zeit bestrahlt werden. Diese Erniedrigung der Lichttransmission erfolgte aufgrund des Auftretens einer Absorptionsbande von 5,8 eV, die als E'-Zentrum bezeichnet wird, was vermutlich durch Chlorid induziert wird, das im Silicaglas in einer Konzentration von 30 bis 150 ppm verbleibt.
Die Untersuchung eines Verfahrens zur Erzeugung von Silicaglas unter Verwendung einer Organosilicium-Verbindung, die keine wesentlichen Mengen an Chlorid als Material zur Verbesserung der oben erwähnten Probleme enthält, wurde in den letzten Jahren durchgeführt. Bei Silicaglas, das durch das Verfahren erhalten wird, bei dem die Organosilicium-Verbindung als Material verwendet wird, hat der interne Absorptionskoeffizient für Licht mit einer Wellenlänge von 210 nm oder weniger einen Wert von 0,01 cm^–1 oder mehr. Wenn daher ein solches optisches Teil aus Silicaglas als Linse eines optischen Systems oder dgl. verwendet wird, kann keine ausreichende Auflösung in einer Reduktionsprojektions- Belichtungsanlage oder dgl. unter Verwendung eines ArF-Exzimerlasers (193,4 nm) erzielt werden.
Auf diese Weise wurde ein optisches Teil aus Silicaglas mit einer gewünschten Lichttransmission und UV-Lichtresistenz, die zur Verwendung mit Licht mit einer kurzen Wellenlänge wie ArF-Exzimerlaser geeignet ist, noch nicht entwickelt.
US 4,038,370 A betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von hochreinem, transparentem, glasartigem Silica durch Verwendung eines hochreinen Gases vom Silan-Typ und eines Inertgases, Wasserstoffgases und Sauerstoffgases.
Ca 2079 699 A beschreibt eine optische Silicafaser, umfassend eine dotierte Silicaglas-Umhüllungsschicht, die auf einem Silicaglaskern gebildet ist. Dieser Kern hat einen OH-Gehalt von 10 bis 1000 ppm, einen Fluorgehalt von 50 bis 500 ppm und ist im wesentlichen frei von Chlor.
EP 0 878 451 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines synthetischen Silicaglases, umfassend das Emittieren eines sauerstoffhaltigen Gases und eines wasserstoffhaltigen Gases von einem Brenner, Emittieren einer Mischung aus einer organischen Silicium-Verbindung und einer Halogen-Verbindung von dem Brenner und Reagieren der Mischung mit dem sauerstoffhaltigem Gas und dem wasserstoffhaltigem Gas, zur Synthese des Silicaglases.
EP 0 870 737 A1 betrifft die Erzeugung eines Silicaglases durch Einfügen einer spezifischen Organodisilazan-Verbindung in eine Flamme, umfassend ein Verbrennungsgas und ein verbrennungsunterstützendes Gas zur Verbrennung von feinen Silicateilchen, und Akkumulieren der feinen Silicateilchen auf einem rotierenden, wärmeresistenten Substrat zur Bildung eines geschmolzenen Glases.
Daher ist der Zweck dieser Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Silicaglases mit hoher Lichttransmission und UV-Resistenz anzugeben, das zur Verwendung in einem optischen System einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage unter Verwendung eines ArF-Exzimerlasers als Lichtquelle geeignet ist.
Als Ergebnis von wiederholten intensiven Untersuchungen zum Erreichen des oben beschriebenen Ziels haben diese Erfinder festgestellt, daß ein Formyl-Radikal, das durch die Bestrahlung von Silicaglas durch Röntgenstrahlen erzeugt wird, repräsentativ für die optische Qualität des Silicaglases ist und daß es möglich ist, die Konzentration des Formyl-Radikals zu steuern, indem Bedingungen wie ein Verhältnis zwischen einem Wasserstoffgas und einem Sauerstoffgas, die von einem Brenner ejiziert werden, und die Arten und Fließmengen der Materialien und des Trägergases in einem Verfahren zur Erzeugung von Silicaglas durch das direkte Verfahren ausgewählt werden. Basierend auf diesen Feststellungen wurde diese Erfindung vollendet, worin das Silicaglas mit einer niedrigen Konzentration an Formyl-Radikalen, die durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlen erzeugt sind, erhalten werden kann, zur Lösung dieser Probleme. Ein solches Silicaglas wird als Material für optische Teile verwendet, indem ermöglicht wird, daß das Rohr in der Mitte des Brenners mit einer multitubularen Struktur angeordnet wird, zum Ejizieren einer Organosilicium-Verbindung und eines inaktiven Gases, und indem ermöglicht wird, daß das Rohr, das um das Rohr herum angeordnet ist, das in der Mitte angeordnet ist, ein Sauerstoffgas und ein Wasserstoffgas ejiziert, so daß das molare Fließverhältnis der gesamten Sauerstoffgasmenge zur gesamten Wasserstoffgasmenge 0,53 oder mehr wird, so daß ermöglicht wird, daß die obige Organosilicium-Verbindung in der oxidierenden Flamme in dem Verfahren zur Erzeugung des Silicaglases durch das direkte Verfahren reagiert.
Das Verfahren dieser Erfindung ist:
Verfahren zur Erzeugung eines Silicaglases, umfassend:
einen ersten Schritt zur Reaktion einer Organosilicium-Verbindung in einer oxidierenden Flamme, während eine Organosilicium-Verbindung und ein inaktives Gas von einem Rohr ejiziert werden, das in der Mitte eines Brenners mit einer Multi-Röhrenstruktur angeordnet ist, und Ejizieren eines Sauerstoffgases und eines Wasserstoffgases von einem Rohr, das um das Rohr in der Mitte des Brenners herum angeordnet ist, so daß das molare Fließverhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffmenge (b) 0,53 oder mehr ist, unter Erhalt von feinen Silicaglasteilchen; und
einen zweiten Schritt zum Niederschlagen und Schmelzen der feinen Silicaglasteilchen auf einer wärmeresistenten Vorlage, die dem Brenner gegenüberliegt, unter Erhalt eines Silicaglasbarrens.
Gemäß dieser Erfindung wird in einem Verfahren zur Erzeugung von Silicaglas durch das direkte Verfahren der restliche Kohlenstoff in dem erhaltenen Silicaglas gesteuert, indem ermöglicht wird, daß eine Organosilicium-Verbindung in einer oxidierenden Flamme reagiert, während eine Organosilicium-Verbindung und ein inaktives Gas von dem Rohr ejiziert werden, das in der Mitte des Brenners mit multitubularer Struktur angeordnet ist, und indem das Sauerstoffgas und das Wasserstoffgas von dem Rohr ejiziert werden, das um das Rohr herum angeordnet ist, das in der Mitte angeordnet ist, wobei ein molares Fließverhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zu der gesamten Wasserstoffgasmenge (b) 0,53 oder mehr ist, so daß das Silicaglas, bei dem die Konzentration an durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlen erzeugten Formylradikalen 2 × 10¹⁴ Molekülen/cm³ oder weniger ist, erhalten werden kann. Durch Verwendung eines optischen Teils, das Silicaglas enthält, das durch ein solches Verfahren in einem optischen System einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage erhalten ist, können die Lichttransmission und UV-Lichtresistenz des gesamten optischen Systems gegenüber Licht mit einer kurzen Wellenlänge wie Vakuum UV-Licht oder Exzimerlaserstrahl verstärkt werden, so daß eine hohe Auflösung in der oben erwähnten Anlage erzielt werden kann, was nicht erhalten werden konnte, wenn ein optisches Teil gemäß dem Stand der Technik verwendet wurde.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht, die ein Beispiel einer Silicaglas-Herstellungsanlage zeigt, das in einem Verfahren zur Herstellung des Silicaglases verwendet wird;
2 ist eine schematische Konfigurationsanlage, die ein Beispiel eines Brenners mit multitubularer Struktur zeigt, der in einem Verfahren zur Herstellung des Silicaglases verwendet wird;
3A und 3B sind Fließdiagramme, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Silicaglases zeigten;
4 ist eine schematische Konfigurationsansicht, die ein Beispiel einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage unter Verwendung von optischen Teilen zeigt;
5 ist eine schematische Konfigurationsansicht, die ein Beispiel eines optischen Projektionssystems unter Verwendung von optischen Teilen zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Absorptionskoeffizienten im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm und der Konzentration der Formylradikale zeigt, erhalten gemäß den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 12;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der internen Transmission im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm und der Konzentration von Formylradikalen zeigt, erhalten gemäß den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zu der gesamten Wasserstoffgasmenge (b) und der Konzentration der Formylradikale zeigt, erhalten gemäß den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verhältnis ([a – c])/b) der Sauerstoffgasmenge (a – c) zeigt, wobei die Sauerstoffgasmenge (c), die durch Verbrennen der Organosilicium-Verbindung verbraucht ist, von der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) durch Verbrennung des Materials, erhalten gemäß den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20, subtrahiert wird;
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fließrate des Materials und der Konzentration des Formylradikals zeigt, erhalten gemäß den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20;
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fließrate des ersten Wasserstoffgases und der Konzentration der Formylradikale zeigt, erhalten in den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20.
Beschreibung der bevorzugten Merkmale
Ein optisches Teil umfaßt Silicaglas, hergestellt durch das direkte Verfahren, worin ein Materialgas, umfassend eine Organosilicium-Verbindung, in einer oxidierenden Flamme reagieren kann, und das optische Teil hat 2 × 10¹⁴ Moleküle/cm³ oder weniger Formylradikale, erzeugt durch Bestrahlung von Röntgenstrahlen mit einer Bestrahlungsdosis von 0,01 Mrad oder mehr und 1 Mrad oder weniger, worin das Formylradikal durch die folgende Formel (1) dargestellt wird: H – C· = O (1)(worin · ein nicht gepaartes Elektron ist).
Der Erzeugungsmechanismus des Formylradikals wurde bisher nicht vollständig geklärt, basiert aber vermutlich auf dem folgenden Mechanismus. Es wird überlegt, daß in einem Syntheseverfahren für Silicaglas Kohlenmonoxid (CO)-Rest innerhalb des Silicaglases durch die unvollständige Verbrennung der Organosilicium-Verbindung erzeugt wird und entsprechend der folgenden Formel (2) durch die Reaktion durch Bestrahlung von Röntgenstrahlen hindurchgeht: CO + H⁰ → H – C· = O (2)(worin H⁰ ein Wasserstoffradikal und · ein nicht gepaartes Elektron bedeuten)
H⁰ in der Reaktion der Formel (2) wird in der Reaktion gemäß den folgenden Formel (3) oder (4) erzeugt: ≡ Si – OH – → (Röntgenstrahlung) → ≡ Si – O· + H⁰ (3) H₂ → (Röntgenstrahlung) → H⁰ + H⁰ (4) (worin ≡ keine Dreifachbindung ist, sondern die Kombination von drei Sauerstoffatomen ist und · ein nicht gepaartes Elektron ist.)
Es wird überlegt, daß dieses Formylradikal nicht erzeugt wird, wenn Licht, wie ein ArF-Exzimerlaser oder ein KrF-Exzimerlaser gestrahlt wird. Diese Röntgenstrahlen wie Röntgenstrahlen, emittiert von einem tubularen Rhodium (Rh)-Kolben, worin eine Spannung von 50 kV und ein Strom von 2 mA auferlegt werden, werden genannt, und diese Röntgenstrahlen werden 22 Sekunden gestrahlt unter Erzeugung einer Bestrahlungsdosis von etwa 0,01 Mrad.
Als Verfahren zur Bestimmung der Konzentration der Formylradikale, erzeugt in dem optischen Teil, wird ein Verfahren spezifisch genannt, wobei ein Elektronenspinresonazspektrometer verwendet wird. Weiterhin neigen Verfahren wie eine spektroskopische Verbrennungsinfrarotanalyse, Radiaktivierungsanalyse mit geladenen Teilchen, induktiv gekuppelte Plasmaatomemissionsspektroskopie (ICP-AES), induktiv gekuppelte Plasmamassenspektroskopie (ICP-MS), bekannt als Kohlenstoffgehalt-Meßverfahren, konventionell dazu eine unzureichende Genauigkeit der Messung zu haben, wenn Spurenmengen des Kohlenstoffgehaltes auf diese Weise bestimmt werden.
In einem optischen Teil ist es bevorzugt, daß der interne Absorptionskoeffizient für Licht mit einer Wellenlänge von 190 nm oder mehr bei 0,001 cm^–1 oder weniger ist. Wenn der interne Absorptionskoeffizient 0,001 cm^–1 übersteigt, kann eine ausreichende Auflösung in einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage nicht erhalten werden, wenn das Teil in dem optischen System verwendet wird. Ein Meßverfahren für den internen Absorptionskoeffizienten wie ein Verfahren unter Verwendung eines Spektrophotometers für Ultraviolettlicht kann genannt werden.
Obwohl ein optisches Teils Silicaglas enthält, hergestellt aus einer Organosilicium-Verbindung, die keine wesentlichen Mengen an Chlorid enthält, ist es bevorzugt, daß die Chlor-Konzentration im optischen Teil niedriger ist, um weiterhin die Dauerhaftigkeit zu erhöhen, mehr spezifisch, daß die Chlor-Konzentration 0,1 ppm oder weniger ist. Wenn die Chlor-Konzentration 0,1 ppm übersteigt, kann die UV-Lichtresistenz des optischen Teils unzureichend sein. Ein Verfahren zur Bestimmung der Chloratom-Konzentration wie Radiaktivierungsanalyse unter Verwendung einer thermischen Neutronenbestrahlung kann genannt werden.
Zusätzlich ist es bei einem optischen Teil bevorzugt, daß die Wasserstoffmolekülkonzentration 1 × 10¹⁶/cm³ oder mehr und 4 × 10¹⁸/cm³ oder weniger ist. Wenn die Wasserstoffmolekülkonzentration nicht im erwähnten Bereich liegt, neigt die UV-Lichtresistenz des optischen Teils dazu, unzureichend zu sein. Als Meßverfahren für die Wasserstoffmolekülkonzentration gibt es ein Verfahren unter Verwendung eines Laserramanspektrophotometers.
In einem optischen Teil ist es zusätzlich bevorzugt, daß die Hydroxylgruppenkonzentration im Teil 800 ppm oder mehr und 1300 ppm oder weniger ist. Wenn die Hydroxylgruppenkonzentration weniger als 800 ppm ist, kann die Lichttransmission unzureichend sein, und wenn sie 1300 ppm übersteigt, kann der Refraktionsindex des Teils sich erhöhen oder die Doppelbrechung kann verursacht werden, wenn mit Vakuum-UV-Licht bestrahlt wird. Ein Meßverfahren für die Hydroxylgruppenkonzentration wie ein Verfahren zum Messen von Absorptionsmengen von 1,38 μm, die zur Hydroxyl-Gruppe gehören, erfolgt durch Verwendung eines Infrarotspektrophotometers.
In einem optischen Teil ist es bevorzugt, daß der Gehalt an Verunreinigungen wie Alkalimetallen wie Natrium (Na) und Kalium (K); Erdalkalimetallen wie Magnesium (Mg) und Calcium (Ca); Übergangsmetallen wie Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr) und Mangen (Mn) und Metallen wie Aluminium (Al) niedrig ist, und mehr spezifisch ist es bevorzugt, daß die Gesamtkonzentration dieser Metallverunreinigungen 50 ppb oder weniger ist. Wenn die Gesamtkonzentration der Metallverunreinigungen 50 ppb übersteigt, können die Lichttransmission und die UV-Lichtresistenz des optischen Teils unzureichend sein. Insbesondere ist es bevorzugt, daß die Natriumkonzentration unter diesen Metallverunreinigungen 20 ppb oder weniger ist. Wenn die Natriumkonzentration 20 ppb übersteigt, kann die Lichttransmission des optischen Teils sich signifikant vermindern. Ein Verfahren zur Bestimmung von Natrium und Kalium wie Radioaktivierungsanalyse durch Bestrahlung von thermischen Neutronen kann genannt werden und ein Verfahren zur Bestimmung der Menge von Erdalkalimetall, Übergangsmetall und Aluminium wie induktiv gekuppelte Plasmaatomemissionsspektroskopie kann genannt werden.
Auf diese Weise macht ein optisches Teil mit einer hohen Lichttransmission und UV-Lichtresistenz es möglich, ein Muster mit hoher Auflösung zu transferieren, was mit einem optischen Teil gemäß dem Stand der Technik bei Verwendung von Linsen, die ein optisches System einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage ausmachen, erzielt werden kann. Es ist bevorzugt, daß das erwähnte optische Teil eine hohe Anfangstransmission im Hinblick auf Licht, eine kleine Absorptionsmenge, die durch Licht induziert ist, eine kleine Erhöhung des Refraktionsindizes und eine kleine maximale Doppelbrechung im Hinblick auf die Tendenz für den Erhalt von höheren Gehalten der Bildfunktion aufweist. Mehr spezifisch ist es bevorzugt, daß die anfängliche interne Transmission im Hinblick auf Licht, das von einem ArF-Exzimerlaser emittiert wird, 99,5%/cm ist. Es ist bevorzugt, daß die Absorptionsmenge, die durch Bestrahlung mit 1 × 10⁶ Pulsen von Licht mit einer Energiedichte von 400 mJ/cm²·p, das von einem ArF-Exzimerlaser emittiert wird, 0,2 cm^–1 oder weniger ist, die erhöhte Menge des Refraktionsindex nach Bestrahlung mit 1 × 10⁶ Pulsen Licht mit einer Energiedichte von 400 mJ/cm²·p, emittiert von einem ArF-Exzimerlaser, 1,5 × 10^–6 oder weniger und die maximale Doppelbrechung 2,5 nm/cm oder weniger ist. Ein Verfahren zum Messen der internen Transmission und der Absorptionsmenge, induziert mit Bestrahlung durch Licht, wie ein Verfahren unter Verwendung eines Spektrophotometers vom Doppelstrahltyp mit einem parallelen Strahl, kann genannt werden; als Verfahren zum Messen der erhöhten Menge des Refraktionsindex kann ein Verfahren unter Verwendung eines Interferometers vom Fizeau-Typ mit He-Ne-Laser als Lichtquelle genannt werden; und ein Verfahren zum Messen der maximalen Doppelbrechung kann ein automatisches Doppelrefraktionsmeßgerät genannt werden.
Auf diese Weise konnte ein optisches Teil mit einer optischen Qualität, die konventionelle optische Teile zuvor nicht erreichen konnten, zum ersten Mal erzielt werden, indem als Material ein Silicaglas verwendet wird, das in einem spezifischen Herstellungsverfahren erhalten wird. Ein Herstellungsverfahren für das Silicaglas, das als Material für ein optisches Teil verwendet wird, wird nachfolgend beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Anlage, die zur Herstellung des Silicaglases gemäß dieser Erfindung verwendet wird. In der Silicaglasherstellungsanlage 1 hat ein Brenner 7 aus Silicaglas eine multitubulare Struktur, der so installiert ist, daß eine Spitze 6 einem Zielobjekt 5 der Spitze des Ofens gegenüberliegt. Die Ofenwände sind aus einem Ofenrahmen 3 und einem feuerfesten Material 4, das mit einem Fenster zur Beobachtung (nicht gezeigt) versehen ist, einem Fenster 15 zum Aufzeichnen mit einer IR-Kamera 16 und einer Ablaßöffnung 12 konstruiert, die mit einer Ablaßleitung 13 verbunden ist. Das Zielobjekt 5 zur Bildung eines Barrens IG liegt unterhalb des Ofens, und das Zielobjekt 5 wird mit einer XY-Stufe (nicht dargestellt) außerhalb des Ofens durch eine Trageachse 8 verbunden. Die Trageachse 8 ist durch einen Motor rotierbar, so daß die XY-Stufe zweidimensional in Richtung der X-Achse und der Y-Achse durch einen Y-Achsen-Servomotor und einen Y-Achsen-Servomotor rotierbar ist.
Eine Organosilicium-Verbindung und ein inaktives Gas werden von einem Rohr ejiziert, das in der Mitte des Brenners 7 angeordnet ist, und ein Sauerstoffgas und ein Wasserstoffgas werden von einem Rohr ejiziert, das um das Rohr herum angeordnet ist, das in der Mitte angeordnet ist, wobei ein molares Fließverhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) 0,53 oder mehr ist, so daß feine Silicaglasteilchen durch die Reaktion der Organosilicium-Verbindung in einer oxidierenden Flamme erzeugt werden. Diese feinen Silicaglasteilchen werden auf dem Zielobjekt 5 niedergeschlagen, das rotiert und bewegt wird, und gleichzeitig werden sie geschmolzen und verglast, unter Erhalt eines Barrens IG aus transparentem Silicaglas. In diesem Fall wird der obere Teil des Barrens IG von der Flamme bedeckt und das Zielobjekt wird in Z-Richtung heruntergezogen, so daß die Position der Syntheseebene im oberen Teil des Barrens immer bei einem gleichmäßigen Abstand vom Brenner gehalten wird.
Der auf diese Weise erhaltene Silicaglasbarren wird geschnitten, verarbeitet und weiter optisch poliert, und beschichtet, zur Erzeugung von optischen Teilen wie Prismen, Spiegeln und Linsen.
Unter den Herstellungsbedingungen des Silicaglases durch das konventionelle direkte Verfahren wird das Verhältnis der Sauerstoffgasmenge zur Wasserstoffgasmenge so eingestellt, um zusätzlichen Wasserstoff zu erhalten, der von dem Brenner ejiziert wird, um die Wasserstoffmolekülkonzentration im erhaltenen Silicaglas zu erhöhen. Die Erzeugung eines Silicaglases unter diesen Bedingungen weist keine Probleme auf, wenn Siliciumtetrachlorid als Material verwendet wird, weil die Reaktion von Siliciumtetrachlorid durch die hydrolytische Reaktion in der Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme dominiert wird. Wenn eine Organosilicium-Verbindung als Material verwendet wird, wird die Reaktion der Organosilicium-Verbindung durch eine oxidierende Reaktion und nicht durch die hydrolytische Reaktion dominiert, und die Sauerstoffmenge, die für die Reaktion notwendig ist, würde unter der gleichen Bedingung sich erschöpfen wie bei der Verwendung von Siliciumtetrachlorid als Material. Als Ergebnis gibt es mehr Kohlenstoffreste im erhaltenen Silicaglas im Vergleich zum verwendeten Siliciumtetrachlorid aufgrund der unvollständigen Verbrennung der Organosilicium-Verbindung. Die Menge der Kohlenstoffkonzentration ist 1 ppm oder weniger, die schwierig durch ein übliches Analyseverfahren wie spektroskopische Verbrennungsinfrarotanalyse, geladene Teilchen Radioaktivierungsanalyse, ICP-AES (induktiv gekuppelte Plasmaatomemissionsspektroskopie), ICP-MS (induktiv gekuppelte Plasmamassenspektroskopie) zu bestimmen ist und keine Beziehung wurde zwischen der optischen Qualität des Silicaglases und der Kohlenstoffrestmenge gefunden. Daher haben diese Erfinder die Formylradikale, die im Silicaglas durch Röntgenstrahl erzeugt sind, unter Verwendung eines Elektronenspinresonanzspektrometers, ESR gemessen und die Beziehungen zwischen der optischen Qualität des Silicaglases und der Kohlenstoffrestmenge festgestellt. Das Herstellungsverfahren für das Silicaglas gemäß dieser Erfindung basiert auf diesen Feststellungen durch diese Erfinder.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, daß eine Art, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoxysilanen und Siloxanen, deren Siedepunkt 180°C ist, als Material verwendet wird. Wenn der Siedepunkt des Materials 180°C übersteigt, kann die Verdampfung des Materials unvollständig sein, wodurch Einschlüsse wie Blasen in dem Silicaglas aufgenommen werden können oder eine unvollständige Verbrennung auftreten kann. Substanzen, die Alkoxysilan betreffen, wie Tetraethoxysilan (chemische Formel: Si(OC₂H₅)₄, Abkürzung: TEOS), Tetramethoxysilan (chemische Formel: Si(OCH₃)₄, Abkürzung: TMOS) und Methyltrimethoxysilan (chemische Formel: CH₃Si(OCH₃)₃, Abkürzung: MTMS) können genannt werden. Substanzen, die Siloxan betreffen, wie Octamethylcyclotetrasiloxan (chemische Formel: (SiO(CH₃)₂)₄, Abkürzung: OMCTS), Hexamethyldisiloxan (chemische Formel: (CH₃)SioSi(CH₃)₃, Abkürzung: HMDS) und Tetramethylcyclotetrasiloxan (chemische Formel: (SiCH₃OH)₄, Abkürzung: TMCTS) können konkret genannt werden. Als Trägergas, das zusammen mit der Organosilicium-Verbindung ejiziert wird, werden erfindungsgemäß inaktive Gase wie Stickstoff oder Helium verwendet. Dies basiert auf den Feststellungen durch diese Erfinder, daß bei Verwendung von Sauerstoff als Trägergas wie bei dem konventionellen Herstellungsverfahren das Trägergas dazu neigt, eine Verbrennung einer Substanz zu verursachen, wie eines Materials in einem Rohr eines Brenners durch Wärme, wodurch das erhaltene Silicaglas kontaminiert werden kann.
Im Herstellungsverfahren gemäß dieser Erfindung wird die erwähnte Organosilicium-Verbindung in der oxidierenden Flamme reagiert, worin das molare Fließverhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) 0,53 oder mehr ist, und es ist bevorzugt, daß das Verhältnis ([a – c]/b) der Sauerstoffgasmenge (a – c), die eine Sauerstoffgasmenge (c) subtrahiert, die durch die Verbrennung der Organosilicium-Verbindung von der gesamten Sauerstoffmenge (a) verbraucht ist, zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) 0,48 oder mehr ist. Wenn das Verhältnis ([a – c]/b) der Sauerstoffgasmenge (a – c), indem eine Sauerstoffgasmenge (c) die durch die Verbrennung der Organosilicium-Verbindung verbraucht ist, von der gesamten Sauerstoffmenge (a) subtrahiert wird, zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) weniger als 0,48 ist, erhöht sich die Menge an Kohlenstoffresten im Silicaglas aufgrund der unvollständigen Reaktion der Organosilicium-Verbindung, was zur Tendenz der erhöhten Konzentration der Formylradikale führt, die während der Röntgenstrahlenbestrahlung erzeugt werden.
Ein Beispiel eines Brenners, der bei der Herstellung von Silicaglas gemäß dieser Erfindung verwendet wird, ist in 2 gezeigt. Der Brenner gemäß 2 umfaßt:
ein erstes Rohr, das in der Mitte 201 angeordnet ist, zum Ejizieren einer Organosilicium-Verbindung und eines Trägergases;
ein zweites Rohr 202, das in einem co-zentrischen Kreis um das erste Rohr herum angeordnet ist, zum Ejizieren eines ersten Wasserstoffgases;
ein drittes Rohr 203, das in einem co-zentrischen Kreis um das zweite Rohr angeordnet ist, zum Ejizieren eines ersten Sauerstoffgases;
ein viertes Rohr 204, das in einem co-zentrischen Zirkel um das dritte Rohr angeordnet ist, zum Ejizieren eines zweiten Wasserstoffgases;
ein fünfter Satz an Rohren 205, die zwischen der äußeren Peripherie des vierten Rohrs und der inneren Peripherie des vierten Rohrs angeordnet sind, zum Ejizieren eines zweiten Sauerstoffgases;
ein sechstes Rohr 206, das in einem co-zentrischen Kreis um das vierte Rohr angeordnet ist, zum Emittieren eines dritten Wasserstoffgases; und
einen siebten Satz an Rohren 207, die zwischen der äußeren Peripherie des vierten Rohres und der inneren Peripherie des sechsten Rohres angeordnet sind, zum Emittieren eines dritten Sauerstoffgases. Wenn die Organosilicium-Verbindung bei Raumtemperatur flüssig ist, wird sie durch einen Verdampfer verdampft und in das erste Rohr 201 durch ein Massenfließkontrollgerät mit einem Trägergas eingeführt.
Das Silicaglas gemäß dieser Erfindung kann geeignet hergestellt werden, indem ein Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zur ersten Wasserstoffgasmenge (d) bei 0,50 oder weniger und das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zur zweiten Wasserstoffgasmenge (f) bei 0,55 oder mehr gehalten wird. Durch Ejizieren des Sauerstoffgases und des Wasserstoffgases bei den erwähnten Verhältnissen, kann Silicaglas mit einer geringen Hydroxylgruppenkonzentration und hohen Wasserstoffmolekülkonzentration erhalten werden, ohne daß eine Wärmebehandlung unter Wasserstoff- oder Sauerstoffatmosphäre nach dem Syntheseverfahren durchgeführt wird. Bei einem optischen Teil unter Verwendung dieses als Material kann eine höhere Lichttransmissionseigenschaft und Ultraviolettlichtresistenz erhalten werden.
In dem Brenner werden feine Silicaglasteilchen synthetisiert, indem das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zur ersten Wasserstoffgasmenge (d) und das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zur zweiten Wasserstoffmenge (f) auf ein Niveau eingestellt wird, bei dem Sauerstoff im Überschuß in bezug auf das theoretische Brennverhältnis vorhanden ist, und indem das Verhältnis (i/h) der dritten Sauerstoffgasmenge (i) zur dritten Wasserstoffmenge (h) auf einen Gehalt eingestellt wird, bei dem Wasserstoff im Überfluß in bezug auf das theoretische Brennverhältnis eingestellt wird, wobei die feinen Silicaglasteilchen auf dem wärmeresistenten Zielobjekt, das dem Brenner gegenüberliegt, niedergeschlagen und geschmolzen werden, unter Erhalt eines Silicaglasbarrens, wobei der erhaltene Silicaglasbarren unter einer Atmosphäre, einschließlich Wasserstoff erwärmt wird, um so effizient Silicaglas gemäß dieser Erfindung zu erzeugen. Durch Ejizieren des Wasserstoffgases und des Sauerstoffgases bei den erwähnten Verhältnissen in dem Syntheseverfahren der feinen Silicaglasteilchen und durch Wärmeverarbeitung des erhaltenen Silicaglasbarrens unter einer Atmosphäre, umfassend Wasserstoff, wird Silicaglas mit kleinen Kohlenstoffrestmengen und hoher Wasserstoffmolekülkonzentration erhalten, und in einem optischen Teil, das dieses als Material verwendet, kann eine höhere Lichttransmissionseigenschaft und Ultraviolettlichtresistenz erhalten werden. In dem Brenner ist es zusätzlich bevorzugt, daß das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffmenge (e) zur ersten Wasserstoffgasmenge (d) 0,7 oder mehr und 2,0 oder weniger ist, das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zur zweiten Wasserstoffgasmenge (f) 0,5 oder mehr und 1,0 oder weniger ist, das Verhältnis (i/h) der dritten Sauerstoffgasmenge (i) zur dritten Wasserstoffgasmenge (h) 0,2 oder mehr und 0,5 oder weniger ist. Es ist bevorzugt, daß die Fließrate des ersten Wasserstoffgases 60 m/s oder weniger ist. Wenn die Fließrate des ersten Wasserstoffgases 60 m/s übersteigt, führt die Reaktion der Organosilicium-Verbindung zur Verglasung, während sie unvollständig ist, so daß die Kohlenstoffrestmenge im erhaltenen Silicaglas sich erhöhen kann. Zusätzlich ist es bevorzugt, daß die Wasserstoffmolekülkonzentration in der Atmosphäre zur Wärmebehandlung von Silicaglasblöcken 5 Gew.-% oder mehr und 100 Gew.-% oder weniger ist, und es ist bevorzugt, daß die Temperatur der Atmosphäre für die Wärmebehandlung von Silicaglasblöcken 500°C oder weniger ist. Wenn die Wasserstoffmolekülkonzentration in der Atmosphäre weniger als 5 Gew.-% ist, kann ein Silicaglas mit hoher Wasserstoffmolekülkonzentration nicht erhalten werden, und wenn die Temperatur der Atmosphäre 500°C übersteigt, können alkalische Verunreinigungen in das Silicaglas diffundieren. Das Herstellungsverfahren gemäß 3a zeigt folgendes:
Herstellung eines Silicaglases durch ein Verfahren zur Durchführung der Wärmeverarbeitung eines geschnittenen Silicaglasbarrens in einer Atmosphäre, bei der der Partialdruck von Sauerstoff 0,1 atm oder mehr und die Temperatur 700°C oder mehr ist, und Durchführen der Wasserstoffverarbeitung bei einer Temperatur von 500°C oder weniger; oder
das Verfahren gemäß 3B zeigt folgendes:
Herstellung von Silicaglas durch ein Verfahren zur Durchführung der Wasserstoffverarbeitung eines geschnittenen Silicaglasbarrens bei einer Temperatur von 500°C oder weniger und Durchführen der Wärmeverarbeitung in einer Atmosphäre, bei der der Partialdruck von Sauerstoff bevorzugt 0,1 atm oder mehr und die Temperatur 700°C oder mehr ist, weil die Tendenz vorliegt, daß die Silicaglasdoppelbrechung erniedrigt wird, ohne daß die Ultraviolett-Lichtresistenz des Silicaglases erniedrigt wird, wodurch die Homogenität des Refraktionsindex des Silicaglases erhöht werden kann.
Nachfolgend wird ein Beispiel einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage unter Verwendung von optischen Teilen gemäß dieser Erfindung beschrieben.
4 zeigt eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration einer Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage erläutert, die mit einem optischen System dieser Erfindung ausgerüstet ist. Gemäß 4 werden eine Z-Achse, die parallel zu einer optischen Achse AX eines optischen Projektionssystem 26 liegt, eine X-Achse, die parallel zur Ansicht der Ebene von 4 liegt, und eine Y-Achse vorgesehen, die senkrecht zu der Ansicht auf der Ebene von 4 in einer Ebene senkrecht zur der optischen Achse liegt.
Die Reduktionsprojektions-Belichtungsanlage gemäß 4 ist mit einer Lichtquelle 19 zum Zuführen von Bestrahlungslicht mit einer Wellenlänge von 250 nm oder weniger versehen. Von einer Lichtquelle 19 emittiertes Licht strahlt gleichmäßig über eine Photomaske 21, wo ein vorbestimmtes Muster durch ein optisches Bestrahlungssystem 20 gebildet wird. Eine Lichtquelle 19, wie ein KrF-Exzimerlaser (248 nm), ArF-Exzimerlaser (193 nm) und F₂-Laser (157 nm) kann genannt werden.
In dem optischen Weg von der Lichtquelle 19 zum optischen Bestrahlungssystem 20 werden nach Bedarf eine oder eine Vielzahl von Beugespiegeln zum Beugen des optischen Weges angeordnet. Das optische Beleuchtungssystem 20 hat einen optischen Integrator, der durch eine Fliegenaugenlinse aufgebaut ist, oder einen Integrator vom inneren Oberflächenreflexionstyp, beispielsweise zur Bildung einer Oberflächenlichtquelle mit einer vorbestimmten Größe/Form; einen Feldstopp zum Definieren der Größe/Form der Bestrahlungsfläche auf einer Photomaske 21 und ein optisches System wie ein optisches Felstopp-Bildgebungssystem zum Projizieren eines Bildes des Feldstopps auf die Photomaske 21. Weiterhin wird der optische Weg zwischen der Lichtquelle 19 und dem optischen Bestrahlungssystem 20 mit einem Gehäuse 32 abgedichtet, während der Abstand, der sich von der Lichtquelle 19 zum optischen Teil in der Nähe der Photomaske 21 in dem optischen Bestrahlungssystem 20 erstreckt, durch ein Inertgas substituiert wird, das eine niedrige Absorptionswellenlänge im Hinblick auf das Belichtungslicht entfaltet.
Mit Hilfe eines Maskenhalters 22 wird die Photomaske 21 parallel zur XY-Ebene auf einer Maskenstufe 23 gehalten. Die Photomaske 21 wird mit einem zu übertragenden Muster gebildet; innerhalb der gesamten Musterfläche wird eine rechteckige (schlitzförmige) Musterfläche mit längeren Seiten entlang der Y-Achse und kürzeren Seiten entlang der X-Achse bestrahlt.
Die Maskenstufe 23 ist zweidimensional entlang der Maskenoberfläche (XY-Ebene) bewegbar, während ihre Positionskoordinaten so konfiguriert sind, daß sie durch ein Interferometer 25 unter die Verwendung eines maskenbewegbaren Spiegels 24 gemessen und positionsgesteuert werden können.
Mit Hilfe des katadioptrischen optischen Projektionssystems 26 bildet das Licht von dem Muster, das in der Photomaske 21 gebildet ist, ein Maskenmusterbild auf einem Wafer 27, der ein lichtempfindliches Substrat ist. Der Wafer 27 wird parallel zur XY-Ebene auf einer Waferstufe 29 mit Hilfe eines Waferhalters 28 gehalten. Auf dem Wafer 27 wird ein Musterbild in einer rechteckigen Belichtungsfläche mit linearen Seiten entlang der Y-Achse und kürzeren Seiten entlang der X-Achse gebildet, um so optisch der rechteckigen Bestrahlungsfläche auf der Photomaske 21 zu entsprechen.
Die Waferstufe 29 ist entlang der Waferoberfläche (XY-Ebene) zweidimensional bewegbar, während die Positionskoordinaten davon so konfiguriert sind, daß sie durch ein Interferometer 31 unter Verwendung eines Wafer-bewegbaren Spiegels 30 gemessen und positionsgesteuert werden können.
In der dargestellten Projektionsbelichtungsanlage ist das Innere des optischen Projektionssystem 26 so konfiguriert, daß es in einem luftdichten Zustand gehalten wird, während das Gas innerhalb des optischen Projektionssystems 26 durch ein Inertgas substituiert ist.
Während die Photomaske 21, die Maskenstufe 23 und dgl. in einem engen optischen Weg zwischen dem optischen Bestrahlungssystem 20 und dem optischen Projektionssystem 26 angeordnet sind, wird das Innere eines Gehäuses 33, das die Photomaske 21, Maskenstufe 23 und dgl. abdichtet und umgibt, mit einem inerten Gas gefüllt.
Während der Wafer 27, die Waferstufe 29 und dgl. in einem engen optischen Weg zwischen dem optischen Projektionssystem 26 und dem Wafer angeordnet sind, werden das Innere eines Gehäuses 34, das den Wafer 27, die Waferstufe 29 und dgl. abdichtet und umgibt, mit Stickstoff oder einem Inertgas wie Heliumgas gefüllt.
Somit wird eine Atmosphäre, die Belichtungslicht kaum absorbiert, über dem gesamten optischen Weg von der Lichtquelle 19 zum Wafer 27 gebildet.
Wie oben erwähnt, sind die Feldfläche (Bestrahlungsfläche) auf der Photomaske 21, die durch das optische Projektionssystem 26 definiert wird, und die Projektionsfläche (Belichtungsfläche) auf dem Wafer 27 wie ein Rechteck mit kürzeren Seiten entlang der X-Achse geformt. Wenn die Maskenstufe 23 und die Waferstufe 29 und die Photomaske 21 und der Wafer 27 folglich synchron entlang den kürzeren Seiten der rechteckigen Belichtungsfläche oder Bestrahlungsfläche, d.h. der X-Achse synchron bewegt (abgetastet) werden, während die Photomaske 21 und der Wafer 27 durch Verwendung eines Antriebssystems, des Interferometers (25, 31) und dgl. positionsgesteuert werden, wird das Maskenmuster abgetastet und auf dem Wafer 27 im Hinblick auf eine Fläche mit einer Breite, die gleich zu den längeren Seiten der Belichtungsfläche ist, und einer Länge belichtet, die der Länge des Abtastens (Bewegungsmenge) des Wafers 27 entspricht.
In der Anlage gemäß 4 wird als Material für alle optischen Teile (Linsenzusammensetzungen), die das optische Projektionssystem 26 ausmachen, Silicaglas oder Calciumfluoridkristall verwendet. Der Grund, warum die optischen Teile aus Calciumfluoridkristall verwendet werden, liegt in der Korrektur der chromatischen Abweichung. Es ist bevorzugt, daß zumindest ein Teil von optischen Teilen aus Silicaglas, wie eine Linse und eine Photomaske, die das optische Projektionssystem 26 ausmachen, ein optisches Teil gemäß dieser Erfindung ist und es ist mehr bevorzugt, daß alle Linsen aus Silicaglas optische Teile gemäß dieser Erfindung sind. Und es ist noch mehr bevorzugt, daß die Photomaske ein optisches Teil gemäß dieser Erfindung ist. Ein optisches Teil aus Silicaglas gemäß dieser Erfindung wird für ein Substrat der Photomaske 21 verwendet, deren Form keine spezifische Beschränkung aufweist, wobei die allgemeine Dimension der Tiefe 60 bis 200 mm, der Breite 60 bis 200 mm und der Dicke 1 bis 7 mm ist; oder der Durchmesser ist 100 bis 100 mm, die Dicke ist 1 bis 7 mm.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Linsenkonfiguration des optischen Projektionssystems 26 im Hinblick auf 4 zeigt.
Das optische Projektionssystem 26 gemäß 5 hat eine erste Linsengruppe G1 mit positiver Leistung, eine zweite Linsengruppe G2 mit positiver Leistung, eine dritte Linsengruppe G3 mit negativer Leistung, eine vierte Linsengruppe G4 mit positiver Leistung und eine fünfte Linsengruppe G5 mit negativer Leistung, zur Bildung einer Netzseite R als erstes Objekt und hat eine nahezu telezentrische Konfiguration an der Seite des Objektes (die Retikulusseite R) und der Bildseite (Waferseite W), unter Erhalt eins Reduktionsverhältnisses. Bei diesem optischen Projektionssystem ist N.A. 0,6, wobei ein Projektionsskalen-verhältnis 1/4 ist.
Bei diesem optischen Projektionssystem werden Linsen aus Calciumfluorid-Einzelkristall für sechs Stellen von L45, L46, L63, L65, L66 und L67 unter den Linsen, die die Linsengruppen von G1 bis G6 ausmachen, verwendet, um die chromatische Aberration zu korrigieren, und Silicagläser werden für andere Linsen als die obigen sechs Plätze verwendet. Es ist bevorzugt, daß ein optisches Teil dieser Erfindung für zumindest eine Linse mit Ausnahme von L45, L46, L63, L65, L66 und L67 unter den Linsen verwendet wird, die Linsengruppen von G1 bis G6 ausmachen, und es ist bevorzugt, daß optische Teile gemäß dieser Erfindung für alle anderen Linsen neben L45, L46, L63, L65, L66 und L67 verwendet werden.
Auf diese Weise kann durch Verwendung eines optischen Teils gemäß dieser Erfindung für zumindest eine Linse, die das optische System ausmacht, die Transmission des gesamten optischen Systems bei einem hohen Niveau gehalten werden. Wenn alle Linsen aus Silicaglas, die das optische Projektionssystem ausmachen, optische Teile gemäß der Erfindung sind, wird die Transmissionseigenschaft des gesamten optischen Systems weiterhin erhöht. Durch Verwendung eines optischen Teils gemäß dieser Erfindung für das Photomaskensubstrat wird eine hohe Lichttransmissionseigenschaft erreicht und eine lokale thermische Expansion des Substrates kann gesteuert werden. Durch Verwendung einer Reduktionsprojektions- Belichtungsanlage, die mit solchen optischen Teilen ausgerüstet ist, kann somit eine hohe Auflösung in einem Mustertransferverfahren erzielt werden.
Obwohl diese Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erläutert ist, ist sie überhaupt nicht auf diese beschränkt.
Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12
Silicaglasbarren der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 wurden durch Verwendung einer Silicaglasherstellanlage durch das direkte Verfahren gemäß 1 hergestellt. Das heißt, durch Ermöglichen, daß das Rohr, das in der Mitte des Silicaglasbrenners 7 mit multitibularer Struktur gemäß 2 angeordnet ist, eine Organosilicium-Verbindung und ein Stickstoffgas ejiziert, und durch Ermöglichen, daß die Rohre, die um das Rohr herum angeordnet sind, das in der Mitte angeordnet ist, Sauerstoffgas und Wasserstoffgas emittieren, werden feine Silicaglasteilchen (Ruß) durch Oxidationsreaktion der Organosilicium-Verbindung in der Brennerflamme synthetisiert. Die feinen Silicaglasteilchen wurden auf der oberen Seite des Silicaglas-Zielobjektes 5 mit einem Durchmesser von 200 mm niedergeschlagen, wobei bei einer Geschwindigkeit von 7 Upm rotiert, mit 80 mm Bewegungsabstand und 90 Sekundenperiode bewegt und eine Herabziehbewegung durchgeführt wurde, und gleichzeitig wurden sie durch die Wärme der Flamme geschmolzen, unter Erhalt von Silicaglasbarren IG mit einem Durchmesser von 150 bis 250 mm und einer Länge von 300 bis 600 mm. Tabelle 1 zeigt die Art und die Fließmenge der vom Brenner 7 emittierten Materialien; die erste Wasserstoffgasmenge, die erste Sauerstoffgasmenge und das Verhältnis der ersten Sauerstoffgasmenge zur ersten Wasserstoffgasmenge; die zweite Wasserstoffgasmenge, die zweite Sauerstoffgasmenge und das Verhältnis der zweiten Sauerstoffgasmenge zur zweiten Wasserstoffgasmenge; die dritte Wasserstoffgasmenge, die dritte Sauerstoffgasmenge und das Verhältnis der dritten Sauerstoffgasmenge zur dritten Wasserstoffgasmenge, das Verhältnis der gesamten Sauerstoffmenge zur gesamten Wasserstoffmenge, die Abwärtsgeschwindigkeit des Zielobjektes bei jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel. In jedem Beispiel 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 bis 12 wurde eine Organosilicium-Verbindung mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr, einer Fe-Konzentration von 10 ppb oder weniger, Konzentrationen an Ni und Cr von 2 ppb oder weniger mit der Fließmenge an Stickstoffgas, das das Trägergas bildete, von 3,5 slm verwendet. Die Dimensionen der Rohre der Brenner gemäß 2 sind jeweils wie folgt dargestellt (worin A den Innendurchmesser und B den externen Durchmesser bedeuten).
Für jedes der somit erhaltenen Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12 wurden die Forymlradikalkonzentration, erzeugt durch Röntgenstrahlung, die Hydroxylgruppenkonzentration, Wasserstoffmolekülkonzentration, Natriumkonzentration und der interne Absorptionskoeffizient im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm gemessen.
Beim Messen des internen Absorptionskoeffizienten im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm wurde eine Probe mit einer Form mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm aus einem Teil von 100 ml innerhalb der oberen Seite des Barrens (Barrenkopf) und in der Mitte in der Durchmesserrichtung eines jeden Barrens, der als Meßtestprobe verwendet werden sollte, geschnitten. Der Präzisionsabrieb wurde auf den beiden Oberflächen der Probe, die einander gegenüberlagen, auferlegt, so daß das Ausmaß der Parallelisierung, d.h. der Winkel der polierten Oberflächen, die einander gegenüberlagen, innerhalb von 10 Sekunden lag, der Ebenengrad innerhalb von drei Newtonringen für jede Seite war, die Oberflächengrobheit rms = 10 Angström oder weniger für jede Seite entfaltete, und die Probe wurde poliert, so daß die Dicke 10 ± 0,1 mm bei der endgültigen Form war. Zusätzlich wurde ein Poliervorgang mit SiO₂-Pulver mit hoher Reinheit auferlegt, so daß keine Abriebsstoffe auf der Oberfläche verblieben. Für die somit erhaltenen Proben wurde der interne Verlustkoeffizient im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 190 bis 400 nm durch Verwendung eines Spektrophotometers gemessen, das durch ein Verfahren gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung HEI 7-63680 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung HEI 11-211613 beschrieben ist. Der interne Absorptionskoeffizient wurde durch Subtrahieren des internen Streukoeffizienten von einem internen Verlustkoeffizienten berechnet. Wenn der interne Verlustkoeffizient des synthetisierten Silicaglases bei 193,4 nm, was eine Oszillationswellenlänge des ArF- Exzimerlasers war, 0,0015 cm^–1 war, hatte der Absorptionskoeffizient einer jeden Probe bei 193,4 nm, gezeigt in Tabelle 2, den Wert, erhalten durch Subtrahieren des internen Streuverlustkoeffizienten von dem internen Verlustkoeffizienten.
In einem Barren aus Silicaglas bei jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel wurde dann eine Probe aus der engen Fläche geschnitten, bei der die Proben für die Messung des internen Absorptionskoeffizienten herausgeschnitten waren, unter Erhalt einer Form von 10 × 2,7 × 2,3 mm, und wurde zur Messung der Formylradikalkonzentration verwendet. Die Oberfläche einer jeden Probe wurde durch genaues Polieren endbearbeitet. Diese Proben wurden mit Röntgenstrahlen unter folgenden Bedingungen bestrahlt:
Röntgenstrahlanlage: Fluoreszenzröntgenstrahl-
Analyseanlage (von Rigaku Denki: RIX3000)
tubularer Röntgenkolben: Rhodium (Rh) tubularer Kolben
Tubusspannung: 50 kV
Tubenstrom: 2 mA
Röntgenbestrahlungszeit: 22 Sekunden
Unter diesen Bedingungen ist die Röntgenstrahlungsdosis, die auf die Proben auferlegt wird, etwa 0,01 Mrad (Mega rad).
Innerhalb von einer Minute nach der Röntgenbestrahlung wird nun die Probe in einen Dewar-Kolben mit flüssigem Stickstoff gegeben, zum Abkühlen der Proben bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffes (77 K), zur Durchführung der ESR (Elektronenspinresonanz)-Messung, zur Bestimmung der Menge der Formylradikal-Konzentration unter folgenden Bedingungen:
Anlage: Elektronenspinresonanzanlage (von JEOL Ltd.: JES-RE2X)
Probentemperatur: 77 K
Mikrowellenfrequenz: 9,2 GHz
Mikrowellenleistung: 1 mW
Standardprobe: Kupfersulfat-5-hydrat
Zur Messung der Hydroxylgruppenkonzentration wurden die für die oben erwähnte Messung des internen Absorptionskoeffizienten verwendeten Proben so wie sie waren verwendet. Die Hydroxylgruppenkonzentration wurde als Menge durch Messen der Absorptionsmenge von 1,38 μm, die der Hydroxyl-Gruppe entsprach, durch Verwendung eines Infrarotspektrophotometers bestimmt. Die für die Hydroxylkonzentrationsmessung verwendeten Proben wurden die Wasserstoffmolekülkonzentrationsmessung durch einen Laser-Raman-Spektrophotometer verwendet. Von einem Argonionenlaser (Ausstoßleistung 400 mW) emittiertes Licht mit der Oszillationswellenlänge von 488 nm, wurde in die Proben gerichtet, zur Messung der Intensität bei 800 cm^–1 (bei einem Peak aufgrund der Vibration der Grundstruktur von Silicaglas:Referenzlicht) unter Raman-gestreutem Licht, das in die Richtung senkrecht zur Richtung des einfallenden Lichtes gestrahlt wurde, und der Intensität bei 4135 cm^–1 (Peak durch die Vibration der Wasserstoffmoleküle), unter Erhalt des Intensitätsverhältnisses.
Proben wurden auf einer Stelle herausgeschnitten, die der Stelle benachbart war, bei der die erwähnten Proben aus den Silicaglasbarren herausgeschnitten waren, unter Erhalt einer Form von 10 mm × 10 mm × 5 mm, zum Messen der Konzentrationen an Chlor (Cl), Natrium (Na) und Kalium (K) durch Radioaktivierungsanalyse durch Neutronenbestrahlung. Proben wurden aus der Ebene neben der Ebene herausgeschnitten, bei der diese Proben herausgeschnitten waren, unter Erhalt einer Form von 10 mm × 10 mm × 5 mm, zum Messen der Konzentrationen von Erdalkalimetall, Übergangsmetall und Aluminium (Al) durch eine induktiv gekuppelte Plasmaatom-Emissionsspektroskopie. Der Wert der Na-Konzentration ist in Tabelle 1 angegeben. Die Na-Konzentrationen gemäß den Beispielen 1 bis 6 sind alle 0,002 ppm oder weniger, was bestätigte, daß nur eine geringe Menge verbleibt, ohne daß der Absorptionsverlust an Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm beeinflußt wird. Unterhalb des minimalen ermittelbaren Niveaus (0,1 ppm) für alle Proben, was bestätigt, daß chloridfreies Silicaglas unter Verwendung einer Organosilicium-Verbindung als Materialgas erhalten worden war. Weiterhin war die K-Konzentration unterhalb des minimal ermittelbaren Gehaltes (50 ppb) für alle Proben. Jede Elementkonzentration der Erdalkalimetalle von Mg, Ca, Übergangsmetalle Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn und Al war 20 ppb oder weniger für alle Proben bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 12.
Für jedes Beispiel 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1 bis 12 sind die Meßergebnisse für die Formylradikalkonzentration, erzeugt durch Röntgenbestrahlung, die Hydroxylgruppenkonzentration, Wasserstoffmolekülkonzentration, Natriumkonzentration und der interne Absorptionskoeffizient im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm in Tabelle 2 gezeigt. Die Beziehung zwischen dem Absorptionskoeffizienten von Silicaglas im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm und der Formylradikalkonzentration, erhalten durch die oben erwähnte Messung, sind in 6 gezeigt.
Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, hat das Silicaglas bei jedem Beispiel 1 bis 6, hergestellt durch Einstellen des Verhältnisses (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) die von dem Brenner ejiziert wurden, auf 0,53 oder mehr, eine Konzentration von 2 × 10¹⁴ Molekülen/cm³ oder weniger an Formylradikalen, die intern durch Röntgenstrahlen erzeugt waren, obwohl das Silicaglas durch das direkte Verfahren unter Verwendung einer Organosilicium-Verbindung als Material hergestellt wurde. Bei jedem Beispiel 1 bis 6 war das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zur ersten Wasserstoffgasmenge (d) 0,7 oder mehr und 2,0 oder weniger, das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zur zweiten Wasserstoffmenge (f) 0,5 oder mehr und 1,0 oder weniger, das Verhältnis (i/h) der dritten Sauerstoffgasmenge (i) zum dritten Wasserstoffgas (h) 0,2 oder mehr und 0,5 oder weniger für die Synthese, und es wurde bestätigt, daß bei dem somit erhaltenen Silicaglas der Absorptionskoeffizient im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm, die gleich ist wie die Wellenlänge des ArF-Exzimerlasers, 0,001 cm^–1 oder weniger.
Dann wurde der Silicaglasbarren, erhalten gemäß Beispiel 6, geformt, unter Erhalt eines maximalen Durchmessers von 250 mm und einer Dicke von 70 mm. Dieses Silicaglas zeigte den maximalen Differentialrefraktionsindex innerhalb des Exzimerlaser-Bestrahlungsbereiches als Δ n ≦ 2 × 10^–6 an, die maximale Doppelbrechung von 2 nm pro cm an und die Konzentration eines jeden Elementes aus dem Erdalkalimetallen Mg, Ca, Al, Übergangsmetallen Ti, V, Cr. Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn ist jeweils 20 ppb oder weniger, die Konzentration des Alkalimetalls Na ist 2 ppb oder weniger, und die Konzentration der K-Verunreinigung ist 50 ppb oder weniger über dem gesamten Teilbereich. Das optische Projektionssystem gemäß 5 wurde durch Verwendung des optischen Silicaglases hergestellt und die Bildbildungsfunktion wurde ausgewertet, wenn der ArF-Exzimerlaser als Lichtquelle im einer Reduktionsprojektionsbelichtungsanlage (Stepper) gemäß 4, ausgerüstet mit dem optischen System, verwendet wurde. Als Ergebnis wurde 0,19 μm für die Breite der Linie und Abstände erzielt, was bestätigt, daß eine effektive Bildgebungsfunktion als ein ArF-Exzimerlaserstepper erhalten wurde.
Beispiele 7 bis 9 und Vergleichsbeispiele 12 bis 20
Auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde Silicaglas bei den Beispielen 7 bis 9 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 20 synthetisiert, indem die Silicaglasherstellanlage gemäß 1 verwendet wurde. Bei jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel sind die Bedingungen der Materialien, das Sauerstoffgas und Wasserstoffgas, die von dem Brenner injiziert werden, der in 2 gezeigt ist, in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Silicaglasbarren für jedes Beispiel 7 bis 9 und Vergleichsbeispiel 13 bis 20 hergestellt. Im Beispiel 8 und den Vergleichsbeispielen 13, 14, 18 und 19 wurden die Wärmebehandlung und Wasserstoffatmosphärenbehandlung entsprechend dem Fließdiagramm gemäß 3B durchgeführt. In Beispiel 9 und im Vergleichsbeispiel 20 wurde nur die Wasserstoffatmosphärenbehandlung durchgeführt. Bei jedem dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele sind der Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur in der Atmosphäre während der Wärmebehandlung und die Temperatur während der Wasserstoffatmosphärenbehandlung in 5 gezeigt. Von dem somit bei jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel erhaltenen Barren wurden Teststücke herausgeschnitten und poliert, unter Erhalt einer Testprobe für die Messung. Unter Verwendung dieser Proben auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde die Konzentration der Formylradikale, erzeugt nach der Röntgenbeugung, die Hydroxylgruppenkonzentration, die Wasserstoffmolekülkonzentration, die Natriumatomkonzentration und die interne Transmission im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Beziehung zwischen der internen Transmission im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm und die Formyradikalkonzentration sind in 7 gezeigt; die Beziehung zwischen dem Verhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) und die Formylradikalkonzentration sind in 8 gezeigt; die Beziehung zwischen dem Verhältnis ([a – c]/b) der Sauerstoffgasmenge (a – c), erhalten durch Subtraktion der Sauerstoffgasmenge (c), die durch die Verbrennung der Organosilicium-Verbindung verbraucht war, von der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffgasmenge (b) und die Formylradikalkonzentration sind in 9 gezeigt; die Beziehung zwischen der Fließrate des gemischten Gases der Organosilicium-Verbindung und des Trägergases und der Formylradikalkonzentration sind in
10 gezeigt; die Beziehung zwischen der ersten Wasserstoffgasfließrate und Formylradikalkonzentration sind in 11 gezeigt.
In dem Brenner gemäß 2 ist für alle Silicagläser der Beispiele 7 bis 9, hergestellt durch Halten des Verhältnisses der gesamten Sauerstoffgasmenge zur gesamten Wasserstoffgasmenge bei 0,53 oder mehr, die Formylradikalkonzentration nach Bestrahlung mit Röntgenstrahlen 2 × 10¹⁴ Moleküle/cm³ oder weniger, während für alle Silicagläser der Vergleichsbeispiele 13 bis 20, hergestellt durch Halten des Verhältnisses der gesamten Sauerstoffgasmenge zur gesamten Wasserstoffmenge bei weniger als 0,53, die Formylradikalkonzentration einen Wert von mehr als 2 × 10¹⁴ Moleküle/cm³ zeigte. In den Beispielen 7 bis 9 zeigte die Konzentration der Formylradikale, erzeugt durch Röntgenbestrahlung, eine Tendenz zur Erniedrigung im Zusammenhang mit der Erhöhung des Verhältnisses (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge zur gesamten Wasserstoffgasmenge. Zusätzlich wurde zusammen mit der Zunahme der Fließrate der Materialien oder der Fließrate des ersten Wasserstoffgases erkannt, daß die Formylradikalkonzentration sich erhöht.
Beispiele 10 bis 14
Auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde unter Verwendung der Silicaglasherstellanlage gemäß 1 ein Silicaglas in den Beispielen 10 bis 14 erzeugt. Für jedes Beispiel sind die Bedingungen bezüglich der Materialien, das Sauerstoffgas und Wasserstoffgas, die vom Brenner ejiziert werden, in den Tabellen 6 und 7 gezeigt.
Auf diese Weise wurde eine Vielzahl von Silicaglasbarren für jedes Beispiel erzeugt. Von diesen Barren wurden Teststücke herausgeschnitten und poliert, unter Erhalt von Testproben für die Messung. Unter Verwendung dieser Proben auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurden die Konzentration der Formylradikale, erzeugt durch Röntgenbestrahlung, die Hydroxylgruppenkonzentration, die Wasserstoffmolekülkonzentration, Natriumkonzentration, Kohlenstoffkonzentration und interne Transmission im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm gemessen. Die Adsorptionsmenge wurde durch ein Ultraviolettspektrophotometer (Cary-5, hergestellt von Varian Ltd.) gemessen.
Die erhöhte Menge des Refraktionsindexes wurde durch ein Interferometer von Fizeau-Typ gemessen (Zygo Mark IV, hergestellt von Zygo Co., Ltd.).
Die Doppelbrechung, induziert durch Licht mit einer Wellenlänge von 193,4 nm, wurde durch eine automatische Doppelreflexionsmeßanlage (ADR, hergestellt von ORC Manufacturing Co., Ltd.) gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 8 gezeigt.
Bei allen Silicagläsern, erhalten in den Beispielen 10 bis 14 war die Konzentration der Formylradikale, erzeugt durch Röntgenbestrahlung, 2 × 10¹⁴ Moleküle/cm³ oder weniger. Durch Halten des Verhältnisses der ersten Wasserstoffgasmenge zur ersten Sauerstoffgasmenge bei 0,5 oder weniger oder des Verhältnisses der zweiten Wasserstoffgasmenge zur zweiten Sauerstoffgasmenge bei 0,55 oder mehr, wurde ein Silicaglas mit einer Hydroxyl-Konzentration von 800 ppm oder mehr und 1300 ppm oder weniger und mit einer Wasserstoffmolekülkonzentration von 1 × 10¹⁶/cm³ oder mehr und 4 × 10¹⁶/cm³ oder weniger erhalten, ohne daß die Wasserstoffatmosphärenbehandlung und Wärmebehandlung nach Erzeugung des Barrens durchgeführt wurden. Die Proben aus Silicaglas hatten alle eine Transmission von 99,5%/cm oder weniger, eine Absorptionsmenge von 0,2 cm^–1 oder weniger, eine erhöhte Menge des Refraktionsindex von weniger als 1,5 × 10^–6 und eine Doppelbrechung von weniger als 2,5 nm/cm im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm.
Wie oben beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, Silicaglas mit sehr niedrigen Konzentrationen an Formylradikalen herzustellen, die durch Röntgenbestrahlung erzeugt werden. Durch Verwendung eines optischen Teils aus einem solchen Silicaglas in einem optischen System einer optischen Reduktionsprojektionsanlage werden zusätzlich eine hohe Lichttransmissionseigenschaft und Ultraviolettlichtresistenz für das gesamte optische System erhalten, wenn es mit Licht mit einer kurzen Wellenlänge wie Licht verwendet wird, das von einem ArF-Exzimerlaser emittiert wird. Demzufolge wird bei der oben beschriebene Anlage eine hohe Auflösung erreicht, was bei optischen Teilen aus konventionellem Silicaglas nicht erzielt werden konnte.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Silicaglases, umfassend: einen ersten Schritt zur Reaktion einer Organosiliziumverbindung in einer oxidierenden Flamme, während eine Organosiliziumverbindung und ein inaktives Gas von einem Rohr ejiziert werden, das in der Mitte eines Brenners mit einer Multi-Röhrenstruktur angeordnet ist, und Ejizieren eines Sauerstoffgases und eines Wasserstoffgases von einem Rohr, das um das Rohr in der Mitte des Brenners herum angeordnet ist, so daß das molare Fließverhältnis (a/b) der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zur gesamten Wasserstoffmenge (b) 0,53 oder mehr ist, unter Erhalt von feinen Silicaglasteilchen; und einen zweiten Schritt zum Niederschlagen und Schmelzen der feinen Silicaglasteilchen auf einer wärmeresistenten Vorlage, die dem Brenner gegenüberliegt, unter Erhalt eines Silicaglasbarrens.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verhältnis ([a – c]/b) der Sauerstoffgasmenge (a – c) erhalten durch Subtrahieren der Sauerstoffgasmenge (c), die durch Verbrennen der Organosiliziumverbindung, die von dem Brenner emittiert ist, verbraucht ist, von der gesamten Sauerstoffgasmenge (a) zu der gesamten Wasserstoffgasmenge (b) 0,48 oder mehr ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Organosiliziumverbindung zumindest eine Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoxysilanen und Siloxanen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Organosiliziumverbindung zumindest eine Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetraethoxysilan, Tetramethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Hexamethyldisiloxan, Octamethylcyclotetrasiloxan und Tetramethylcyclotetrasiloxan.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Brenner (7) umfaßt: ein erstes Rohr, das in einem Zentrum (201) zum Ejizieren von Materialgas aus einer Organosiliziumverbindung und einem inaktiven Gas angeordnet ist; ein zweites Rohr (202), das in einem co-zentrischen Kreis um das erste Rohr (201) zum Ejizieren eines ersten Wasserstoffgases herum angeordnet ist; ein drittes Rohr (203), das in einem co-zentrischen Kreis um das zweite Rohr (202) zum Ejizieren eines ersten Sauerstoffgases herum angeordnet ist; ein viertes Rohr (204), das in einem co-zentrischen Kreis um das dritte Rohr (203) zum Ejizieren eines zweiten Wasserstoffgases herum angeordnet ist; einen fünften Satz einer Vielzahl von Rohren (205), die zwischen einer äußeren Peripherie des dritten Rohres (203) und einer inneren Peripherie des vierten Rohres (204) zum Ejizieren eines zweiten Sauerstoffgases angeordnet ist; ein sechstes Rohr (206), das in einem co-zentrischen Kreis um das vierte Rohr (204) zum Ejizieren eines dritten Wasserstoffgases angeordnet ist; und einen siebten Satz einer Vielzahl von Rohren (207), die zwischen einer äußeren Peripherie des vierten Rohres (204) und einer inneren Peripherie des sechsten Rohres (206) zum Ejizieren eines dritten Sauerstoffgases angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zu der ersten Wasserstoffgasmenge (d) 0,50 oder weniger und das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (d) zu der zweiten Wasserstoffgasmenge (f) 0,55 oder mehr in dem ersten Schritt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zu der ersten Wasserstoffgasmenge (d) und das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zu der zweiten Wasserstoffgasmenge (f) einen überschüssigen Sauerstoffgehalt bezüglich des theoretischen Verbrennungsverhältnisses anzeigt, und das Verhältnis (i/h) der dritten Sauerstoffgasmenge (i) zu der dritten Wasserstoffgasmenge (h) einen überschüssigen Wasserstoffgehalt bezüglich des theoretischen Verbrennungsverhältnisses in dem ersten Schritt anzeigt; und das Verfahren weiterhin einen dritten Schritt zur Wärmebehandlung des Silicaglasbarrens unter einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Verhältnis (e/d) der ersten Sauerstoffgasmenge (e) zu der ersten Wasserstoffgasmenge (d) 0,7 oder mehr und 2,0 oder weniger ist, das Verhältnis (g/f) der zweiten Sauerstoffgasmenge (g) zu der zweiten Wasserstoffgasmenge (f) 0,5 oder mehr und 1,0 oder weniger ist und das Verhältnis (i/h) der dritten Sauerstoffgasmenge (i) zu der dritten Wasserstoffgasmenge (h) 0,2 oder mehr und 0,5 oder weniger im ersten Schritt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Wasserstoff-Molekülkonzentration in der Atmosphäre, bei der der Silicaglasbarren wärmebehandelt wird, 5 Gew.-% oder mehr und 100 Gew.-% oder weniger ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Temperatur der Atmosphäre, in der der Silicaglasbarren wärmebehandelt wird, 500°C oder weniger ist.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend einen vierten Schritt zum Wärmebehandeln des Silicaglasbarrens bei der Temperatur von 700°C oder mehr unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 0,1 atm oder mehr entweder zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt oder nach dem dritten Schritt.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Fließrate des ersten Wasserstoffgases 60 m/sec oder weniger ist.