DE69915420T2

DE69915420T2 - Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Anwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie

Info

Publication number: DE69915420T2
Application number: DE69915420T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Koriyama-shi Oshima; Akira Koriyama-shi Fujinoki; Hiroyuki Koriyama-shi Nishimura; Yasuyuki Koriyama-shi Yaginuma
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: ATE261406T1; DE69915420D1; KR20000023080A; JP2000143258A; EP0985643A2; US6266978B1; KR100311068B1; EP0985643A3; EP0985643B1

Description

Industrieller Anwendungsbereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung im optischen System eines lithographischen Belichtungssystems, das mit einer Excimerlaser-Bestrahlung als Lichtquelle ausgestattet ist. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung in den Bestrahlungs- und Projektionssystemen eines lithographischen Belichtungssystems mit ArF-Excimerlaser wie Linse, Prisma und Strahlteiler.
Stand der Technik
Derzeit werden die auf einem Wafer abgebildeten Muster integrierter Schaltungen mit steigendem Integrationsgrad in LSIs immer feiner; des weiteren ist gegenwärtig die Massenproduktion von Super-LSIs mit superfeinen Mustern mit Abmessungen von einem Viertel Mikrometer (0,25 μm) oder weniger im Gange. Um diese superfeinen Muster zu erhalten, ist es auch erforderlich, zur Belichtung Lichtquellen mit kürzerer Wellenlänge zu verwenden, und es wurden Stepper entwickelt, die Excimerlaser-Strahlung als Lichtquelle nutzen. Stepper, die mit KrF-Excimerlaser-Strahlung (Wellenlänge 248 nm) als Lichtquelle ausgestattet sind, finden bereits praktische Anwendung. Des weiteren finden Stepper, die mit ArF-Excimerlaser-Strahlung (Wellenlänge 193 nm) als Lichtquelle ausgestattet sind, große Beachtung als vielversprechender Stepper der nächsten Generation. Als Glasmaterial, das eine ausreichend hohe Lichtdurchlässigkeit im kurzen Wellenlängenbereich der KrF-Excimerlaser- sowie der ArF-Excimerlaser-Strahlung aufweist, können Kieselglas, Fluorit, etc. erwähnt werden. Von ihnen wird insbesondere synthetisches Kieselglas als optisches Material für die Lithographie unter Verwendung von Excimerlaser-Strahlung als Lichtquelle bevorzugt, das durch Schmelzen und Verglasen eines durch Flammenhydrolyse einer hochreinen Siliziumverbindung und Ähnlichem erhaltenen Produkts hergestellt wird, da es im kurzen Wellenlängenbereich von 260 nm oder weniger hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist.
Aufgaben der Erfindung
Wird das oben genannte synthetische Kieselglas als optisches Material in der Lithographie unter Verwendung von Excimerlaser-Strahlung als Lichtquelle eingesetzt, und besonders im Falle einer Verwendung von ArF-Excimerlaser-Strahlung, ist es erforderlich, dass das Glas eine innere Lichtdurchlässigkeit von annähernd 99,8% für Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm aufweist, und dass es hochhomogen ist, so dass es hervorragende Abbildungseigenschaften aufweist, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53432/1998 beschrieben. Die Homogenität eines synthetischen Kieselglases wird im Allgemeinen durch die Anwendung einer Homogenisierungsbehandlung auf einen Block aus synthetischem Kieselglas erreicht, der durch Schmelzen und Verglasen eines durch Flammenhydrolyse einer hochreinen Siliziumverbindung und Ähnlichem erhaltenen Produkts erhalten wird; jedoch weil der Block aus synthetischem Kieselglas über einen langen Zeitraum hinweg in der Homogenisierungsbehandlung hohen Temperaturen ausgesetzt ist, tritt aufgrund der Verunreinigungen durch das feuerfeste Ofenmaterial, wie Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Graphit etc., Kontamination auf. Die Minderung der Lichtdurchlässigkeit aufgrund der Kontamination hat sich im Falle der Verwendung von ArF-Excimerlaser-Strahlung als besonders beachtlich erwiesen; also ist die Verwendung des synthetischen Kieselglases als optisches Material für Stepper mit einem ArF-Excimerlaser als Lichtquelle aufgrund der durch diese Kontamination beeinträchtigten Lichtdurchlässigkeit nicht möglich.
Dementsprechend schlugen die Erfinder der vorliegenden Erfindung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2762188 ein Verfahren vor, um die Minderung der Lichtdurchlässigkeit des durch die oben genannte Homogenisierungs-behandlung kontaminierten synthetischen Kieselglases wieder aufzuheben. Gemäß dem in oben genannter japanischer Patentanmeldung beschriebenen Verfahren wurde festgestellt, dass die Lichtdurchlässigkeit für ArF-Excimerlaser-Strahlung wieder hergestellt wurde, und dass sich die innere Lichtdurchlässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm zu etwa 99,8% wieder erholte, jedoch waren die auf diese Weise erhaltenen Produkte nicht immer dieselben, und daher war eine stabile Produktion eines synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie schwierig. Andererseits wurde in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53432/1998 ein synthetisches Kieselglas zur Verwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie vorgeschlagen, das durch ein Verfahren erhalten wird, bei dem ein homogener Brechungsindex bei der Synthese erreicht wird, und keine zweite Wärmebehandlung wie Homogenisierung durchgeführt wird, weil mehrere ppb an Na während der zweiten Wärmebehandlung in das Glas gemischt werden. Das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53432/1998 beschriebene synthetische Kieselglas weist eine Na-Konzentration von 20 ppb oder weniger auf, und wenn die Na-Konzentration mehr als 20 ppb beträgt, müssen 5 bis 100 ppb an Al enthalten sein (siehe Abschnitte [0017] bis [0019]). Da jedoch die Herstellung von synthetischem Kieselglas durch die Abscheidung von Silizium-Soot, hervorgerufen durch Flammenhydrolyse des als Ausgangsmaterial verwendeten Silan, und anschließender Schmelzung und Verglasung erfolgt, kann innerhalb der Fläche senkrecht zur Wachstumsrichtung des synthetischen Kieselglases (d. h. in der Längsrichtung) höhere Homogenität erzielt werden. Es ist jedoch technisch extrem schwierig, die Homogenität parallel zur Wachstumsrichtung (d. h. in seitlicher Richtung) zu erhöhen, da die beim Wachstum erzeugten Streifen, d. h. die sogenannten Schichten oder die Schichtstruktur, in dieser Richtung gebildet werden. Des weiteren wird der Apparat durch das in oben genannter ungeprüfter veröffentlichter japanischer Patentanmeldung beschriebene Verfahren sehr kompliziert und kostenintensiv, weil es zusätzlich zur Rotation der Targetplatte Arbeitsgänge wie Schwingen und Herunterziehen sowie den Arbeitsgang des Aufrechterhaltens eines konstanten Abstandes zwischen synthetischer Fläche und Brenner erfordert. Außerdem beträgt die Diffusionskonstante von Al in Kieselglas nur 1 × 10^–13 cm²/sec, die wesentlich kleiner ist als die Diffusionskonstante von Na, d. h. 7,9 × 10^–6 cm²/sec (siehe „Handbook of Glass Properties" (Academic Press)). Somit ist es technisch schwierig, sowohl Al als auch Na, die sich in hohem Maße in der Diffusionskonstante unterscheiden, homogen zu dotieren.
In Anbetracht der oben genannten Umstände haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung umfangreiche Studien weitergeführt bezogen auf die Entwicklung von synthetischem Kieselglas zur Verwendung für die ArF-Excimer-Laserlithographie, das hohe Homogenität und hohe Lichtdurchlässigkeit aufweist. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass das in der japanischen Patentschrift Nr. 2762188 vorgeschlagene Herstellungsverfahren wegen seiner einfachen Durchführung und der geringen Kosten am besten geeignet ist, und es wurden weitere Studien an demselben Herstellungsverfahren durchgeführt. So wurde festgestellt, dass die Schwankung in der Produktqualität der in dem synthetischen Kieselglas enthaltenen Na-Konzentration zuzuschreiben ist, und dass durch die Spezifizierung des Bereiches der Na-Konzentration und durch Bestrahlung mit UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 260 nm oder weniger bei einer spezifizierten Luminanz und für eine spezifizierte Zeitspanne die stabile Herstellung von synthetischem Kieselglas mit hoher Homogenität und hoher Lichtdurchlässigkeit für ArF-Excimer-Laserstrahlung möglich ist.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer stabilen Herstellung eines synthetischen Kieselglases für ArF-Excimerlaser zur Verfügung zu stellen, das hervorragende Homogenität und hohe Lichtdurchlässigkeit für ArF-Excimer-Laserstrahlung aufweist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein einfaches Herstellungsverfahren für synthetisches Kieselglas mit hervorragender Homogenität und hoher Lichtdurchlässigkeit zur Verfügung zu stellen, das als optisches Material bei der Herstellung von Steppern eingesetzt werden kann, die mit einem ArF-Excimerlaser als Strahlungsquelle ausgestattet sind.
Lösung der Probleme
Die oben genannten Aufgaben und andere, die sich aus der folgenden Spezifikation ergeben, werden anhand eines Herstellungsverfahrens für synthetisches Kieselglas zur Verwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie erfüllt, umfassend die Bestrahlung eines hochhomogenen synthetischen Kieselglases, das 24 bis 60 ppb an Na enthält, mit UV-Strahlung einer maximalen Wellenlänge von etwa 260 nm während einer nicht kürzeren Zeitspanne als in der folgenden Gleichung 2 ausgedrückt: Y = (80X – 1880)/Z,wobei X eine Na-Konzentration (ppb) darstellt, Y die Dauer der Bestrahlung (Stunden) darstellt, und Z die Beleuchtungsstärke einer UV-Strahlung auf einer bestrahlten Fläche (mW/cm²) darstellt.
In der vorliegenden Erfindung drückt der Begriff „hohe Homogenität aufweisend" einen Zustand aus, in dem die Brechungsindexverteilung innerhalb der optischen Fläche (lichte Apertur) derart kontrolliert wird, dass sie 2 × 10^–6 oder weniger beträgt und die Schlieren in drei Richtungen sowie die innere Spannung beseitigt werden, was dadurch erreicht wird, dass eine reine Siliziumverbindung der Flammenhydrolyse unterzogen wird und somit durch Schmelzen und Verglasen ein Block aus synthetischem Kieselglas erhalten wird, der dann entweder einer Homogenisierungsbehandlung oder einer Homogenisierungsbehandlung mit anschließender Formung und Beseitigung von Spannung unterzogen wird (nachfolgend als Homogenisierungsbehandlung und Ähnliches bezeichnet). Das synthetische Kieselglas wird entweder anhand des Direktverfahrens hergestellt, umfassend das Abscheiden von Soot, der durch Flammenhydrolyse einer hochreinen Siliziumverbindung wie Siliziumtetrachlorid, Methyltrimethoxysilan, Tetramethoxysilan etc. erzeugt wurde, auf einem Target, wobei es gleichzeitig geschmolzen und verglast wird, oder anhand eines Soot-Verfahrens, umfassend das einmalige Abscheiden von Soot auf einem Target und anschließendes Verglasen durch Erhitzen und Schmelzen in einem Elektroofen. Zur oben genannten Homogenisierungsbehandlung kann ein Verfahren erwähnt werden, das das Unterziehen des Blocks aus synthetischem Kieselglas einer Wärmebehandlung bei 2000°C über einen langen Zeitraum in einem feuerfesten Ofen umfasst, oder ein Verfahren, bei dem das synthetische Kieselglas zonenweise geschmolzen wird etc. Bevorzugt wird jedoch ein Verfahren des Zonenschmelzens, das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 267662/1995 beschrieben wurde (nachfolgend als Zonenschmelz-Verfahren bezeichnet), umfassend das zonenweise Schmelzen eines Blocks aus synthetischem Kieselglas durch das Halten beider Enden in Längsrichtung des Blocks aus synthetischem Kieselglas mit einem Träger-Bauteil und Rotieren des Blocks um die Achse, die die Träger-Enden verbindet; Verformen des Blocks, so dass er nach außen in den Zonenschmelz-Bereich hineinragt, indem in Richtung der Trägerachse Druck ausgeübt wird, wobei die Herstellung eines Blocks aus synthetischem Kieselglas erfolgt, der senkrecht zur Richtung der optischen Homogenität entlang der Trägerachse geringe optische Homogenität aufweist; und nach dem Halten des Blocks an den Seitenflächen unter Verwendung eines Trägers, erfolgt dort die Homogenisierungsbehandlung ähnlich wie oben.
Das der Homogenisierungsbehandlung und Ähnlichem unterzogene synthetische Kieselglas wird dann einer UV-Strahlung ausgesetzt. Als Formteil wird jedoch ein synthetisches Kieselglas bevorzugt, das einer Homogenisierungsbehandlung, Formung und einer Behandlung zum Beseitigen von Spannung unterzogen wurde. Die oben genannte „Formung" ist ein Prozess, der das Formen des synthetischen Kieselglases in Würfel, Scheibe, Pyramide etc. umfasst, was als optisches Material benötigt wird, und die „Behandlung zum Beseitigen von Spannung" ist ein Prozess, der das Beseitigen einer inneren Spannung des synthetischen Kieselglases umfasst. Da die Homogenisierungsbehandlung und Ähnliches in einem feuerfesten oder hitzebeständigen Ofen durchgeführt werden, tritt aufgrund von Verunreinigungen aus dem Ofenmaterial Kontamination auf. Insbesondere stellt die Kontamination durch Na ein schwerwiegendes Problem dar, weil das Vorhandensein von Na in dem synthetischen Kieselglas eine Absorptionsbande mit einer Wellenlänge von etwa 180 nm erzeugt und so die Durchlässigkeit für ArF-Excimerlaser-Strahlung erheblich verringert wird. Es wurde festgestellt, dass bei einer Homogenisierungsbehandlung, die bei einer Temperatur von 2000°C durchgeführt wird, 30 ppb oder mehr an Na aufgenommen werden, während bei der Formung und der Behandlung zum Beseitigen von Spannung jeweils 5 bis 10 ppb Na aufgenommen werden. Beim Zonenschmelz-Verfahren wird jedoch der Block aus synthetischem Kieselglas weniger kontaminiert, weil er nicht mit dem Ofenmaterial und den Halterungen in Berührung gebracht wird. Der Na-Gehalt beträgt nur etwa 20 ppb, und selbst nach der Formung kann verhindert werden dass der Gehalt auf über etwa 24 ppb ansteigt. Überschreitet andererseits der Na-Gehalt den Wert von 60 ppb, wie in 1 gezeigt, erfolgt eine ungenügende Wiederherstellung der Lichtdurchlässigkeit für UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 260 nm oder weniger, und die innere Lichtdurchlässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm kann sich nicht wieder auf etwa 99,8% erholen. Dementsprechend ist es erforderlich, dass der Na-Gehalt in dem der Behandlung mit UV-Strahlung ausgesetzten synthetischen Kieselglas gemäß vorliegender Erfindung in einem Bereich von 24 bis 60 ppb liegt.
Besonders bevorzugt wird die UV-Strahlung als kontinuierliches, nicht pulsierendes Licht mit einer Wellenlänge von 260 nm oder weniger, wobei die Dauer der Bestrahlung in der allgemeinen Gleichung 3 ausgedrückt wird: Y = (80X – 1880)/Z, wobei X eine Na-Konzentration (ppb) darstellt, Y die Dauer der Bestrahlung (Stunden) darstellt, und Z die Beleuchtungsstärke einer UV-Strahlung auf einer bestrahlten Fläche (mW/cm²) darstellt.
Obwohl der Na-Gehalt im Bereich von 24 bis 60 ppb liegt, wie in 2 gezeigt, kann sich die innere Lichtdurchlässigkeit des synthetischen Kieselglases nicht auf einen zulässigen Grenzwert von etwa 99,8% erholen, wenn die Dauer der Bestrahlung unterhalb des Bereiches liegt, der in der oben genannten allgemeinen Gleichung 3 ausgedrückt wird. Selbst wenn die Dauer und die Luminanz die oben genannte allgemeine Gleichung 3 erfüllen, kann die innere Lichtdurchlässigkeit nicht zu etwa 99,8% wiederhergestellt werden, wenn die Na-Konzentration in synthetischem Kieselglas nicht im Bereich von 24 bis 60 ppb liegt. Aus 2 ist ersichtlich, dass anhand der linearen Regression der allgemeinen Gleichung 3 eine Beziehung zwischen X, Y und Z ausgedrückt wird, wobei X eine Na-Konzentration (ppb) darstellt, Y die Dauer der Bestrahlung (Stunden) darstellt, und Z die Beleuchtungsstärke einer UV-Strahlung auf einer bestrahlten Fläche (mW/cm²) darstellt. Des weiteren macht Tabelle 3 deutlich, dass die Dauer der Bestrahlung umgekehrt proportional zur Beleuchtungsstärke ist. Als Lampe zur Verwendung für die oben genannte UV-Bestrahlung können eine Niederdruck-Quecksilberlampe, die die Haupt-Wellenlängen 253,7 nm und 184,9 nm aufweist, eine Xe-Excimer-Lampe mit einer Wellenlänge von 172 nm oder eine KrCl-Excimer-Lampe mit einer Wellenlänge von 222 nm erwähnt werden. Des weiteren beträgt die Oberflächen-Rauigkeit R_max des synthetischen Kieselglases, das mit der UV-Strahlung bestrahlt wird, vorzugsweise 30 μm oder weniger. Überschreitet die Oberflächen-Rauigkeit R_max den Wert von 30 μm, dann erhöht sich der Streueffekt der UV-Strahlung, wodurch eine Verbesserung der Behandlungswirkung erschwert wird. Des weiteren sollte die Beleuchtungsstärke der UV-Strahlung mindestens 1 mW/cm² betragen. Die Wiederherstellung der inneren Lichtdurchlässigkeit ist möglich, selbst wenn die Dauer der Bestrahlung erhöht wird. Da jedoch die Lebensdauer einer UV-Lampe im allgemeinen kurz ist, bedeutet dies nicht nur eine erhöhte Nutzung der Lampe, sondern auch einen erhöhten Verbrauch an Strom und gasförmigem Stickstoff, was zu einer Kostensteigerung führt. Bezüglich einer Verbesserung der Bestrahlungswirkung kann noch nicht viel erwartet werden; somit wird maximal die doppelte Bestrahlungsdauer akzeptiert, die anhand der allgemeinen Gleichung 3 ausgedrückt wird.
Methode zur Durchführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen genauer beschrieben, wobei diese für die vorliegende Erfindung keine Beschränkung darstellen.
Die nachfolgenden physikalischen Eigenschaften in den Ausführungsbeispielen und den Vergleichsbeispielen wurden anhand folgender Messverfahren erhalten.

i) Verteilung der Brechungsindices: Messverfahren unter Verwendung eines Fizeau-Interferometers
ii) Doppelbrechung: Messverfahren unter Verwendung des Nicolschen Prismas
iii) Schlieren: Visuelle Beobachtung
iv) Innere Lichtdurchlässigkeit bei 193 nm: Messverfahren unter Verwendung eines Wertes von 90,68%, der durch die Subtraktion von 0,18% (bekannter Wert des Verlustes bei der Rayleighschen Streuung) von der theoretischen Lichtdurchlässigkeit von 90,86% eines Kieselglases für Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm erhalten wurde; der Wert wurde gemäß (T/90,68) × 100 erhalten, d. h. er wurde bezogen auf eine tatsächliche Lichtdurchlässigkeit von T % und eine Dicke von 10 mm erhalten.
v) Na-Konzentration: Messverfahren unter Verwendung der flammenlosen Atomabsorptionsanalyse.

Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1
Hochreines Trimethoxysilan wurde in eine Knallgasflamme eingeführt, geschmolzen und auf einem rotierenden Basiskörper abgeschieden zur Herstellung eines Blocks aus synthetischem Kieselglas mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 600 mm. Die beiden Enden des resultierenden Blocks wurden an die Kieselglas-Haltestäbe geschweißt, die mit dem Spannfutter einer Drehbank zur Verarbeitung von Kieselglas eingespannt waren, um den synthetischen Glasblock zu rotieren. Der rotierende Block wurde mit einem Brenner lokal erhitzt zur Bildung einer Schmelzzone, und durch unabhängige Änderung der Rotationsrichtung und -geschwindigkeit wurde in der Schmelzzone Spannung erzeugt zur Beseitigung von Schlieren und zur Durchführung einer Homogenisierung im Glasblock. Aufgrund der Verringerung des Abstandes zwischen dem Spannfutter der Drehbank zur Verarbeitung von Kieselglas wurde auf den Block aus synthetischem Kieselglas Druck ausgeübt, wobei dieser eine sphärische Form bekam und das sphärische synthetische Kieselglas ausgeschnitten wurde. Das auf diese Weise geschnittene synthetische Kieselglas wurde durch Anbringen an den Haltestab am Auflagetisch, derart, dass sich die Schnittflächen an der Ober- und Unterseite befanden, und durch Erhitzen und Erweichen des Kieselglases während seiner Rotation unter Verwendung eines Brenners erneut homogenisiert. Der auf diese Weise erhaltene Block war in drei Richtungen schlierenfrei. Für die oben beschriebene Formung wurde ein Graphittiegel mit einem Aschegehalt von 20 ppm oder weniger verwendet; das Innere des Tiegels wurde zunächst durch gasförmigen Stickstoff ersetzt, und die Temperatur wurde darin auf 1900°C erhöht und für die Dauer von 10 min gehalten, um ein Formteil zu erhalten. Das resultierende Kieselglas-Formteil mit einem Außendurchmesser von 200 mm und einer Dicke von 135 mm wurde in einem Elektroofen angeordnet, wobei als Ofenmaterial Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99% oder mehr verwendet wurde, und nachdem es für eine Dauer von 50 Stunden auf einer Temperatur von 1150°C gehalten wurde, erfolgte eine allmähliche Kühlung mit einer Rate von 5°C/Stunde, bis die Temperatur auf 600°C gesunken war. Zur Durchführung der Behandlung zum Beseitigen von Spannung wurde das Produkt danach der Selbstkühlung unterzogen. Nach der Messung der optischen Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe A) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel 2
Auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurde ein Formteil aus synthetischem Kieselglas hergestellt, außer dass die Dauer der Formung 30 Minuten betrug. Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe B) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel 3
Auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurde ein Formteil aus synthetischem Kieselglas hergestellt, außer dass das Formteil aus synthetischem Kieselglas für eine Dauer von 50 Stunden auf einer Temperatur von 1150°C gehalten wurde und danach mit einer Kühlrate von 2°C/Stunde allmählich auf 600°C gekühlt wurde. Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe C) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel 4
Hochreines Siliziumtetrachlorid wurde in eine Knallgasflamme eingeführt, geschmolzen und auf einem rotierenden Basiskörper abgeschieden zur Herstellung eines Blocks aus synthetischem Kieselglas mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von 600 mm. Nachdem, ähnlich wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, an dem resultierenden Block aus synthetischem Kieselglas die Homogenisierungsbehandlung, Formung und Behandlung zum Beseitigen von Spannung durchgeführt und dessen optische Eigenschaften erhalten wurden, wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe D) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel 5
Auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurde ein Formteil aus synthetischem Kieselglas hergestellt, außer dass die Formung durch eine Erhöhung der Temperatur auf 1900°C und anschließend ohne Halten auf der Temperatur eine allmähliche Kühlung auf 600°C mit einer Kühlrate von 5°C/Std. erfolgte. Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe E) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Vergleichsbeispiel 1
Der in Ausführungsbeispiel 1 hergestellte Block aus synthetischem Kieselglas (Probe F) wurde in einem Graphittiegel mit einem Innendurchmesser von 200 mm und einem Aschegehalt von 20 ppm oder weniger angeordnet, ohne diesen der Homogenisierungsbehandlung zu unterziehen, und der gesamte Graphittiegel wurde im Inneren eines durch Stickstoffspülung gereinigten Tiegels für eine Dauer von 10 Minuten auf 1900°C gehalten, um ein Formteil aus synthetischem Kieselglas mit einem Außendurchmesser von 200 mm und einer Dicke von 135 mm zu erhalten. Das resultierende Formteil aus synthetischem Kieselglas wurde in einem Elektroofen unter Verwendung von mindestens 99% reinem Aluminiumoxid als Ofenmaterial angeordnet, und nachdem es für eine Dauer von 50 Stunden auf 1150°C gehalten wurde, wurde es mit einer Kühlrate von 5°C/Std. allmählich auf 600°C gekühlt und weiter zum Beseitigen von Spannung der Selbstkühlung unterzogen. Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe G) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Vergleichsbeispiel 2
Auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurde ein Formteil aus synthetischem Kieselglas hergestellt, außer dass ein Graphittiegel mit einem Aschegehalt von 50 ppb für die Formung verwendet wurde Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe H) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Vergleichsbeispiel 3
Auf ähnliche Weise wie in Ausführungsbeispiel 3 beschrieben, wurde ein Formteil aus synthetischem Kieselglas hergestellt, außer dass das Ofenmaterial für den zum Beseitigen von Spannung verwendeten Erhitzungsofen aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 90% bestand. Nach Erhalten der optischen Eigenschaften des resultierenden Formteils aus synthetischem Kieselglas wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm (Probe I) für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen, um die Messung der Lichtdurchlässigkeit und die Reinheitsanalyse durchzuführen. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 zu entnehmen.
Für die oben genannten Proben A bis E und G bis I gibt Tabelle 2 die Bestrahlungsdauer für kontinuierliche, nicht pulsierende UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 260 nm oder weniger bei einer Beleuchtungsstärke von 20 mW/cm² sowie die Änderung der inneren Lichtdurchlässigkeit bei 193 nm an.
Tabelle 2
Aus den oben angegebenen Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, dass sich bei den Proben A bis E mit einer Na-Konzentration im Bereich von 25 bis 60 ppb die innere Lichtdurchlässigkeit wieder auf etwa 99,8% erholt, aber dass bei den Proben H und I, deren Na-Konzentration 60 ppb überschreiten, die innere Lichtdurchlässigkeit bei einem Wert von 99,4% oder weniger bleibt, selbst nach einer Bestrahlungsdauer von 72 Stunden.
Ausführungsbeispiel 6
Aus dem Formteil aus synthetischem Kieselglas von Ausführungsbeispiel 1, das der Homogenisierungsbehandlung unterzogen wurde, wurden an dessen Innenseite von der Oberfläche aus in einer Tiefe von 20 mm eine Probe mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm für die Messung der Lichtdurchlässigkeit sowie ein Teil für die chemische Analyse entnommen und kontinuierlicher, nicht pulsierender UV-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 260 nm oder weniger bei einer Beleuchtungsstärke von 10 mW/cm² ausgesetzt. Die Bestrahlungsdauer und die Änderung der inneren Lichtdurchlässigkeit bei 193 nm sind in Tabelle 3 angegeben.
Ausführungsbeispiel 7
Es wurde wie in Ausführungsbeispiel 6 vorgegangen, außer dass die Beleuchtungsstärke auf 7 mW/cm² geändert wurde, und es wurden die Bestrahlungsdauer sowie die Änderung der inneren Lichtdurchlässigkeit bei 193 nm erhalten. Die Ergebnisse sind Tabelle 3 zu entnehmen.
Tabelle 3
Aus obiger Tabelle 3 ist deutlich erkennbar, dass die Bestrahlungsdauer, die für die Wiederherstellung einer inneren Lichtdurchlässigkeit für 193 nm-Licht auf etwa 99,8% erforderlich ist, umgekehrt proportional zur Beleuchtungsstärke ist.
Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kieselglases mit hervorragender Homogenität und hoher Lichtdurchlässigkeit zur Verfügung, das als optisches Material bei der Herstellung von Steppern geeignet ist, die mit einem ArF-Excimerlaser als Strahlungsquelle ausgestattet sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Bestrahlungsdauer mit einer UV-Strahlung in Stunden und der inneren Lichtdurchlässigkeit in% angibt.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Na-Konzentration in ppb, die eine innere Lichtdurchlässigkeit von 99,8% bereitstellt, und der Bestrahlungsdauer mit einer UV-Strahlung (Stunden) angibt.

Claims

Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Excimer-Laserlithographie, umfassend das Bestrahlen von hochhomogenem synthetischen Kieselglas, das eine Brechungsindex-Verteilung innerhalb der optischen Fläche von 2 × 10^–6 oder weniger aufweist, in drei Richtungen schlierenfrei ist und keine innere Spannung aufweist, wobei dieses hochhomogene synthetische Kieselglas 24 bis 60 ppb Na enthält, mit UV-Strahlung einer maximalen Wellenlänge von etwa 260 nm während einer nicht kürzeren Zeitspanne als in der folgenden Gleichung 1 ausgedrückt: Y = (80X – 1880)/Z,wobei X eine Na-Konzentration in ppb darstellt, Y die Dauer der Bestrahlung in Stunden darstellt, und Z die Beleuchtungsstärke einer UV-Strahlung auf einer bestrahlten Fläche in mW/cm² darstellt.
Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Laserlithographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlung mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 260 nm durch eine Niederdruck-Quecksilberlampe mit einer Haupt-Wellenlänge von etwa 253,7 nm und etwa 184,9 nm, einer Xe-Excimer-Lampe mit einer Wellenlänge von etwa 172 nm oder einer KrCl-Excimer-Lampe mit einer Wellenlänge von etwa 222 nm erfolgt.
Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Laserlithographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hochhomogene synthetische Kieselglas, das weniger als 60 ppb Na enthält, ein synthetisches Kieselglas ist, das entweder einer Homogenisierungsbehandlung oder einer Homogenisierungsbehandlung mit anschließender Formung und Behandlung zum Beseitigen von Spannung unterzogen wurde.
Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Laserlithographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das synthetische Kieselglas eine Form aus synthetischem Kieselglas umfasst, die einer Homogenisierungsbehandlung und anschließender Formung und einer Behandlung zum Beseitigen von Spannung unterzogen wurde.
Verfahren zur Herstellung synthetischen Kieselglases zur Verwendung für ArF-Laserlithographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form aus synthetischem Kieselglas eine Scheibe ist, und eine Oberflächen-Rauigkeit R_max von 30 μm oder weniger aufweist.