DE102007041151A1

DE102007041151A1 - F-dotiertes Quarzglas und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102007041151A1
Application number: DE102007041151A
Authority: DE
Inventors: Lisa Anne Moore; Charlene Marie Smith
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2008-04-17
Also published as: JP2008156206A; JP5314865B2; US7964522B2; US20080053150A1

Abstract

Ein F-dotiertes Quarzglas, ein Verfahren zur Herstellung des Glases, ein optisches Element, das das Glas umfasst, und ein optisches System, das ein solches optisches Element umfasst. Das Glasmaterial umfasst 0,1-5.000 Gew.-ppm Fluor. Das Glasmaterial nach bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt eine geringe Polarisations-induzierte Doppelbrechung, eine geringe LIWFD und eine geringe induzierte Absorption bei 193 nm.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Quarzglas und Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung F-dotiertes synthetisches Quarzglas und Verfahren zur Herstellung desselben. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise bei der Herstellung von hoch reinem synthetischem Quarzglas geeignet, das in den optischen Elementen von lithographischen Vorrichtungen verwendet werden kann, die bei einer Wellenlänge von unter etwa 300 nm, wie bei etwa 193 nm, arbeiten.
HINTERGRUND
Hoch reines Quarzglas hat in der Optik von vielen Geräten auf Grund seiner ausgezeichneten Leistungen und Eigenschaften, wie optische Transmission, Wärmeausdehnung und dergleichen, Anwendung gefunden. Insbesondere wurde auf dem Gebiet der Tiefen-UV- und Vakuum-UV-Projektionslithographie des Standes der Technik hoch reines synthetisches Quarzglas zu dem Material der Wahl, da sich andere Glasmaterialien, die ansonsten bei längerer Wellenlänge geeignet sind, hier disqualifizieren.
Der Wunsch nach höherer Auflösung in der Mikrolithographie in der Halbleiterchipindustrie hat an die Eigenschaften und Leistungen der Materialien verschärftere Anforderungen gestellt, die in der Optik beim Umgang mit der lithographischen Bestrahlungen verwendet werden. Solche kritischen Eigenschaften für die Quarzgläser, die in der Projektionslithographie verwendet werden, die in der ArF-Exzimerlaser-Mikrolithographie eingesetzt wird, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, statische Eigenschaften, wie initiale interne Transmission, Brechungsindexhomogenität, initiale Doppelbrechung, fiktive Temperatur und dergleichen, jedoch auch dynamische Eigenschaften als Reaktion auf die Laserexposition, wie Licht-induzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD), Licht-induzierte Doppelbrechung, Fluenzabhängige Transmission (FDT), induzierte Absorption (IA) und dergleichen.
Neuerdings wurden mit dem Auftreten der Immersionslithographie, wobei polarisierte UV-Bestrahlung eingesetzt wird, Forschungsergebnisse über das Verhalten von Quarzglasmaterialien bei Exposition gegenüber polarisiertem Licht veröffentlicht. Es wurde festgestellt, dass für bestimmte Quarzgläser aus nicht genau verstandenen Gründen die Neigung besteht, dass ein Problem vorliegt, das wir Polarisations-induzierte Doppelbrechung (PIB) nennen.
Insbesondere wenn das Glas linear polarisiertem Licht ausgesetzt wird, wird Doppelbrechung in dem exponierten Bereich hervorgerufen. Wenn das Material PIB entwickelt, existiert eine unerwünschte Modifikation des einfallenden Expositionslichtes, was zu einer Bildverzerrung führt.
Darum besteht ein echter Bedarf an Quarzglasmaterial, das für Lithographieanwendungen geeignet ist, die bei unter etwa 300 nm, wie etwa 248 und 193 nm betrieben werden, welches eine geringere Polarisations-induzierte Doppelbrechung als existierende Materialien oder noch besser im Wesentlichen keine Polarisations-induzierte Doppelbrechung zeigt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein F-dotiertes synthetisches Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unterhalb von etwa 300 nm arbeitet, umfassend, bezogen auf das Gewicht des Glases:
weniger als 50 ppm Cl;
weniger als 50 ppb Na;
weniger als insgesamt 50 ppb an Übergangsmetallen; und
0,1 ppm bis 5.000 ppm Fluor (bei bestimmten Ausführungsformen 1 bis 3.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen 1 bis 2.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen 1 bis 1.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen 1 bis 800 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen 1 bis 500 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen 1 bis 300 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen 1 bis 150 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen 1 bis 50 ppm); und
mit einer Polarisations-induzierten Doppelbrechung von weniger als 7 nm/mm (bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 0,1 nm/mm), gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials ist das Material zudem mit weiteren Dotierungsmitteln dotiert.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als 500 ppm OH und OD in Kombination bezogen auf das Gewicht des Glases bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 300 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 200 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 100 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 0,1 ppm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als 30 Gew.-ppm des Glases an Cl, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 20 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 ppm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als 30 ppb Na bezogen auf das Gewicht des Glases, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 20 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 ppb.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als insgesamt 50 ppb an Alkalimetall, bezogen auf das Gewicht des Glases, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 30 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 20 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 ppb.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als insgesamt 30 ppb an Übergangsmetallen bezogen auf das Gewicht des Glases, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 20 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 ppb.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials umfasst das Material weniger als 5 × 10¹⁹ Moleküle/cm³ Wasserstoff, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 × 10¹⁹ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 × 10¹⁷ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 × 10¹⁷ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 5 × 10¹⁶ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 1 × 10¹⁶ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁷ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen 1 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁷ Moleküle/cm³.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials ist das Material im Wesentlichen frei von geladenen Wasserstoffgasmolekülen.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine induzierte Absorption, gemessen bei 215 nm von weniger als 0,1 cm^-1 nach Exposition gegenüber 3M (3 Millionen) Pulsen eines Exzimerlasers bei 193 nm bei einer Fluenz von 25 mJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,05 cm^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,03 cm^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,01 cm^-1, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,005 cm^-1, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,003 cm^-1.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine induzierte Absorption, gemessen bei 215 nm, von weniger als 0,1 cm^-1 nach Exposition gegenüber 10M (10 Millionen) Pulsen eines Exzimerlasers bei 193 nm bei einer Fluenz von 25 mJ·cm^-2·Puls^-1 und bei einer Pulslänge von 30 ns, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,05 cm^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,03 cm^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,01 cm^-1, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,005 cm^-1, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,003 cm^-1.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine initiale interne Transmission bei 193 nm von mindestens 99,50 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 99,60 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 99,65 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 99,70 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 99,75 %/cm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine Transmission bei 157 nm von mindestens 25 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 30 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 40 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 50 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 60 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 70 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 75 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von mindestens 78 %/cm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials ist das Material im Wesentlichen frei von OH, OD und Cl.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine LIWFD, gemessen bei 633 nm (LB633) von 0 bis 1,5 nm/cm (bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,25 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,0 nm/cm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0 bis 0,5 nm/cm) bei einer Dosis von (N'·F²/τ)^0,6 von 6, wobei N' = 1.375 eine Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, der die Probe bei der Messung des LB633 ausgesetzt war, ,F = 0,6 die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ = 25 die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials zeigt das Glas eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD), gemessen bei 193 nm (LB193) von 0 bis 2,5 nm/cm (bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 2,2 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,5 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,0 nm/cm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0 bis 0,5 nm/cm) bei einer Dosis (N'·F²/τ)^0,6 von 6, wobei N' = 1.375 die Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, der die Probe bei der Messung des LB193 ausgesetzt war, F = 0,6 die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ = 25 die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials ist das Material weiterhin mit OD auf einem Niveau von höher als 1 ppm bezogen auf das Gewicht des Glases jedoch nicht höher als 500 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 300 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen nicht höher als 200 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 150 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 100 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 80 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen nicht höher als 10 ppm dotiert.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine fiktive Temperatur von weniger als 1.150 °C, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1.100 °C, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1.050 °C, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1.000 °C.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine Brechungsindexschwankung, gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,5 ppm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine Konzentrationsschwankung von OH und OD ([OH] + [OD]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine Konzentrationsschwankung von F([F]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials besitzt das Material eine Konzentrationsschwankung an Fluor, OD und OD([OH] + [OD] + [F]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterials ist das Verhältnis der Konzentration an OD([OD]) zu der Konzentration von OH([OH]) an verschiedenen Stellen in dem Material, d. h. [OD]/[OH] im Wesentlichen konstant.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein optisches Element zur Verwendung in dem optischen Bestrahlungsweg mit einer Wellenlänge von kürzer als 300 nm, bestehend im Wesentlichen aus einem synthetischen Quarzglasmaterial, das zusammenfassend supra beschrieben ist.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Elements ist das optische Element zur Verwendung in dem optischen Bestrahlungsweg mit einer Wellenlänge von kürzer als 300 nm und einer Fluenz über 0,5 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten Ausführungsformen über 1 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten Ausführungsformen über 5 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen über 10 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen über 20 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen über 50 mJ·cm^-2·Puls^-1, bei bestimmten anderen Ausführungsformen über 100 mJ·cm^-2·Puls^-1.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein lithographisches System, das mindestens ein optisches Element umfasst, das supra zusammenfassend beschrieben ist.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen lithographischen Systems arbeitet das System bei einer Wellenlänge von unter 300 nm.
Nach bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen lithographischen Systems ist das System ein Immersionslithographie-System.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von F-dotiertem synthetischem Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, das die folgenden Schritte umfasst:

(I) Bereitstellen einer Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen;
(II) Abscheiden der Vielzahl von Teilchen auf einer Abscheidungsträgeroberfläche bei einer erhöhten Temperatur, derart, dass die Teilchen in situ zu transparentem Glasmaterial verfestigt werden,

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^-1

Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung werden in Schritt (I) die Teilchen durch Flammenhydrolyse von mindestens einer Si-enthaltenden Vorläuferverbindung erzeugt.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (I) die Si-enthaltende Vorläuferverbindung aus Organosilicium-Verbindungen und Siliciumhalogeniden ausgewählt.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (II) die Abscheidung auf einer im Wesentlichen planaren oberen Fläche eines horizontal rotierenden Tisches ausgelöst.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung werden in Schritt (I) die Teilchen über ein Plasma-unterstütztes Verfahren bereitgestellt.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt (III):
Behandeln des in Schritt (II) erhaltenenverfestigten Glases in einer Atmosphäre, die H₂ und/oder HD und/oder D₂ umfasst. Bei bestimmten Ausführungsformen ist in diesem Schritt (III) die Behandlungstemperatur geringer als 600 °C. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen ist in diesem Schritt (III) die Behandlungstemperatur höher als 600 °C. Bei bestimmten Ausführungsformen ist in diesem Schritt (III) die Behandlungsdauer und Temperatur so gewählt, dass die Gesamtsumme der Konzentration von H₂, HD und D₂ in dem behandelten Glas zwischen 0,5 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁹ Moleküle/cm³ liegt.
Anschließend an Schritt (II), bevor oder nach Schritt (III), kann das Glas einer Wärmebehandlung (wie Tempern) unterzogen werden.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung werden in Schritt (I) Teilchen, die Dotierungsmittel umfassen, bereitgestellt und mit den Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen, gemischt. Bei bestimmten Ausführungsformen umfassen die Teilchen, die Dotierungsmittel umfassen, mindestens eines von Cl, TiO₂ und Al₂O₃.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von F-dotiertem synthetischem Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, umfassend, bezogen auf das Gewicht des Glases:
weniger als 50 ppm Cl;
weniger als 50 ppb Na;
weniger als insgesamt 50 ppb an Übergangsmetallen; und
0,1 ppm bis 5.000 ppm Fluor (bei bestimmten Ausführungsformen von 1 bis 3.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 1 bis 2.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 1 bis 1.000 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 1 bis 800 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 1 bis 500 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 1 bis 300 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von 1 bis 150 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von 1 bis 50 ppm); und
mit einer Polarisations-induzierten Doppelbrechung von weniger als 7 nm/mm (bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 1 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 0,1 nm/mm), gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns, das die folgenden Schritte umfasst:

(A) Bereitstellen einer Teilchenvorform, die eine Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen, umfasst;
(B) gegebenenfalls Reinigen und/oder Trocknen der Teilchenvorform;
(C) gegebenenfalls weiteres Dotieren der Teilchenvorform mit Dotierungsmitteln;
(D) Verfestigen der Teilchenvorform bei einer erhöhten Temperatur zu verdichtetem Glas; und
(E) gegebenenfalls Behandeln des verfestigten in Schritt (D) erhaltenen Glases in Gegenwart von H₂, HD und/oder D₂,

Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst die in Schritt (A) bereitgestellte Rußvorform Natrium unterhalb von 50 Gew.-ppb.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung:
umfasst die in Schritt (A) bereitgestellte Rußvorform Natrium von höher als 50 Gew.-ppb; Schritt (B) wird im Anschluss an Schritt (A) durchgeführt; und
bei Abschluss von Schritt (B) umfasst die Rußvorform Natrium von weniger als 50 Gew.-ppb.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (A) die folgenden Schritte:

(A1) Bereitstellen einer Vielzahl von Teilchen; und
(A2) Abscheiden der Teilchen auf einer rotierenden Trägeroberfläche unter Bildung der Teilchenvorform.

Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden in Schritt (A1) die Teilchen durch (A1.1) Flammenhydrolyse von mindestens einer Silicium-enthaltenden Vorläuferverbindung bereitgestellt, die Plasma-unterstützt sein kann.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst in Schritt (A2) die Abscheidung ein Verfahren, das ausgewählt ist aus (A2.1) äußere Gasphasenabscheidung; (A2.2) innere Gasphasenabscheidung; (A2.3) axiale Gasphasenabscheidung; und (A2.4) planare Abscheidung.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (A) die folgenden Schritte:

(A(i)) Bilden eines Sol-Gels umfassend Siliciumdioxid; und
(A(ii)) Bilden der Teilchenvorform aus dem Sol-Gel.

Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (A(i)) in Gegenwart einer F-enthaltenden Verbindung durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (B) durchgeführt, und ein solcher Schritt wird in einer Atmosphäre durchgeführt, die mindestens ein Reinigungs-/Trocknungsmittel umfasst, ausgewählt aus F₂, Cl₂, Br₂, eine Halogen-enthaltende Verbindung, CO, CO₂, und kompatiblen Gemischen davon. Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Halogen-enthaltende Verbindung ausgewählt aus HX, COX₂, SOX₂, CX₄, SiX₄ und SX₆, wobei X aus F, Cl, Br und Kombinationen davon gewählt ist.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (B) in einer Atmosphäre durchgeführt, die Cl₂, Br₂ oder Gemische davon umfasst.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung besitzt unmittelbar nach Schritt (B) die Teilchenvorform ein [OH] + [OD] von weniger als 50 Gew.-ppm der Gesamtzusammensetzung.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (C) durchgeführt, und ein solcher Schritt wird in Gegenwart einer Atmosphäre, die (ein) Dotierungsmittel enthält, durchgeführt. Bei bestimmten speziellen Ausführungsformen wird Schritt (C) in Gegenwart einer F-enthaltenden Verbindung so durchgeführt, dass das Glas mit F dotiert wird.
Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (C) in Gegenwart einer D-enthaltenden Verbindung durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung, wird Schritt (C) in Gegenwart von D₂O, D₂ oder beidem durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung, wird in Schritt (C) der Austausch von OD für OH durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird, wenn Schritt (B) oder Schritt (C) durchgeführt wird, mindestens einer dieser beiden Schritte in Gegenwart einer reduktiven Atmosphäre durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst die reduktive Atmosphäre in der Schritt (B) oder Schritt (C) durchgeführt wird, ein Gas, ausgewählt aus H₂, D₂, HD, Kohlenwasserstoffen, D-enthaltenden Kohlenwasserstoffen und dergleichen.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird nach dem Schritt (B) oder Schritt (C), sofern durchgeführt und gleich welcher später ist, ein Oxidationsschritt (C(A)) durchgeführt, wobei die Teilchenvorform einer oxidativen Atmosphäre unterzogen wird, in der Sauerstoff-Mangelstellen in der Teilchenvorform geheilt werden können. Bei bestimmten Ausführungsformen ist Schritt (C(A)) mindestens ein Teil von Schritt (D). Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die oxidative Atmosphäre in Schritt (C(A)) H₂O, D₂O, O₂ und/oder O₃.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden die Schritte (B) und (C) mindestens teilweise gleichzeitig durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden die Schritte (C) und (D) mindestens teilweise gleichzeitig durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden die Schritte (B) und (C) in einer Atmosphäre durchgeführt, die eine F-enthaltende Verbindung umfasst.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden die Schritte (B) und (C) in einer Atmosphäre ohne die Gegenwart von Halogen, außer Fluor, durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in einer Atmosphäre durchgeführt, die mindestens eine F-enthaltende Verbindung umfasst.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in einer Atmosphäre durchgeführt, die He oder ein anderes Inertgas, wie Stickstoff, umfasst.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in einer Atmosphäre durchgeführt, die O₂ umfasst.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in Gegenwart von H₂O durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in Gegenwart von D₂O durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in einer Atmosphäre durchgeführt, die im Wesentlichen frei von H₂O und HDO ist.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (D) in Gegenwart von D₂, HD oder beidem durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) durchgeführt, und ein solcher Schritt (E) wird in Gegenwart von H₂ durchgeführt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) in einer Atmosphäre durchgeführt, der im Wesentlichen D₂ und HD fehlen.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) bei einer Temperatur durchgeführt die niedriger ist als 600 °C.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) in einer Atmosphäre durchgeführt, der im Wesentlichen H₂ fehlt.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) in einer Atmosphäre durchgeführt, der im Wesentlichen HD und H₂ fehlen.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung wird Schritt (E) bei einer Temperatur durchgeführt, die höher ist als 600 °C.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von F-dotiertem synthetischem Quarzglas, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer Vielzahl von F-dotierten Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen; und
(b) Schmelzen der Teilchen bei einer erhöhten Temperatur, um ein transparentes Glas zu erhalten.

Nach bestimmten Ausführungsformen für das Verfahren des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (a) die folgenden Schritte:

(a1) Erzeugen einer Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen;
(a2) gegebenenfalls Reinigen und/oder Trocknen der Teilchen;
(a3) gegebenenfalls Dotieren der Teilchen, und
(a4) gegebenenfalls Behandeln der Teilchen in einer oxidativen Atmosphäre bis mindestens teilweise die Sauerstoffmangelstellen in dem Teilchen geheilt sind.

Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (a) eine Flammenhydrolyse einer Si-enthaltenden Vorläuferverbindung.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst Schritt (a) ein Sol-Gel-Verfahren einer Si-enthaltenden Verbindung.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (b) die Glasschmelze auch homogenisiert.
Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt (c) nach Schritt (b):

(c) Behandeln des Glases in einer Atmosphäre, die H₂, D₂ und/oder HD umfasst.

Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des sechsten Aspektes der vorliegenden Erfindung kann das Glas nach Schritt (b), vor oder nach Schritt (c), einer Wärmebehandlung (wie Tempern) unterzogen werden.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Teilchenvorform, die während eines Verfahrens nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung geformt wurde, der zusammenfassend supra beschrieben wurde, vor der Verfestigung davon.
Nach bestimmten Ausführungsformen der Teilchenvorform des siebten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird die Vorform durch eines der folgenden Verfahren gebildet: (I) äußere Gasphasenabscheidung; (II) innere Gasphasenabscheidung; (III) axiale Gasphasenabscheidung (VAD); und (IV) planare Abscheidung.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von F-dotiertem synthetischem Quarzglas, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unterhalb von 300 nm arbeitet, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen von mindestens einem verfestigten F-dotierten Quarzglas;
(b) Schmelzen des F-dotierten Quarzglases und sein Homogenisieren bei einer erhöhten Temperatur, um ein Glas mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung [F] darin zu erhalten.

Nach bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens des achten Aspektes der vorliegenden Erfindung:
werden in Schritt (a) mindestens zwei F-dotierte Quarzgläser mit unterschiedlicher [F] bereitgestellt, und in Schritt (b) werden die mindestens zwei Quarzgläser vermischt und homogenisiert.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen einen oder mehrere der folgenden Vorteile: als erstes besitzt das F-dotierte Quarzglas von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine geringe Polarisations-induzierte Doppelbrechung sowohl bei 193 nm als auch 157 nm. Zweitens besitzt das F-dotierte Quarzglas von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine niedrige induzierte Absorption bei Exposition gegenüber einem 193-Exzimerlaser.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung ausgeführt und werden zum Teil unschwer den Fachleuten aus der Beschreibung klar oder werden durch die Praxis der Erfindung erkannt, wie sie in der niedergeschriebenen Beschreibung und in den Ansprüchen davon, sowie in den beigefügten Zeichnungen beschrieben ist.
Es ist selbstverständlich, dass die vorgenannte allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung lediglich für die Erfindung erläuternd sind und einen Überblick oder ein Rahmenwerk für das Verständnis von Wesen und Beschaffenheit der Erfindung, wie sie beansprucht ist, bereitstellen sollen.
Die beigefügten Zeichnungen sind mit umfasst, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und sind eingearbeitet in und machen einen Teil dieser Beschreibung aus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die Polarisations-induzierte Doppelbrechung (PIB) vs. Expositionspulse in Millionen für verschiedene Quarzgläser zeigt, die linear polarisiertem F₂-Exzimerlaserlicht ausgesetzt wurden.
2 ist eine Doppelbrechungskarte einer Quarzglasprobe, die 100 ppm OH, im Wesentlichen frei von Fluor, bei Exposition gegenüber linear polarisiertem F₂-Exzimerlaserlicht umfasst.
3 ist eine Doppelbrechungskarte einer Quarzglasprobe, die 4.000 ppm Fluor, im Wesentlichen frei von OH und OD, umfasst, bei Exposition gegenüber linear polarisiertem F₂-Exzimerlaserlicht.
4-9 zeigen die Leistung einer Serie von erfindungsgemäßem Quarzglas und gemäß bestimmten Vergleichsbeispielen bei Exposition gegenüber einem ArF-Exzimerlaser.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wenn nicht anderweitig angegeben, sollen sämtliche Zahlen, wie diejenigen, die Gew.-% von Bestandteilen, Dimensionen und Werte für bestimmte physikalische Eigenschaften ausdrücken, die in der Spezifikation und in den Ansprüchen verwendet werden, in sämtlichen Fällen durch den Ausdruck „etwa" modifiziert betrachtet werden. Es sollte auch selbstverständlich sein, dass die exakten numerischen Werte, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung bilden. Es wurden Anstrengungen unternommen, um die Exaktheit der numerischen Werte, die in den Beispielen offenbart sind, sicherzustellen. Jeder gemessene numerische Wert kann allerdings von Natur aus bestimmte Fehler enthalten, die aus der Standardabweichung herrühren, die bei seiner jeweiligen Messtechnik festgestellt wird.
Wie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung verwendet, bedeutet die Verwendung des unbestimmten Artikels „ein" oder „eine" „mindestens eines" und sollte nicht auf „nur eines" begrenzt sein, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil anderweitig angegeben ist. Somit umfasst die Bezugnahme auf „ein Linsenelement" Ausführungsformen mit zwei oder mehreren solchen Linsenelementen, wenn nicht der Zusammenhang eindeutig etwas anderes angibt.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Gew.-%" oder „Gewichtsprozent" oder „Prozent bezogen auf das Gewicht" von einer Verbindung, wenn nicht das Gegenteil angegeben ist, auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung oder den Gegenstand, in den die Komponente eingeschlossen ist. Wie hier verwendet beziehen sich sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht, wenn nicht anderweitig angegeben.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „D-enthaltende Verbindung" eine chemische Verbindung oder eine elementare Substanz, die Deuterium-Atom(e) (² ₁H oder ² ₁D, „D") und gegebenenfalls Protium-Atom(e) (¹ ₁H, „H") umfasst, wobei das Verhältnis von n(D)/(n(D) + n(H)) höher ist als die natürliche isotopische Abundanz von D, wobei n(D) die Gesamtanzahl von D-Atomen in dem Molekül der D-enthaltenden Verbindung ist und n(H) die Gesamtanzahl von H-Atomen in dem Molekül der D-enthaltenden Verbindung ist. Beispiele für D-enthaltende Verbindungen umfassen somit, sind jedoch nicht beschränkt auf: D₂, DH, CD₄, CDH₃, D₂O, DHO und dergleichen. Wie hier verwendet bedeutet der Begriff „D-enthaltend" eine elementare Substanz, eine Verbindung, ein Material oder eine Atmosphäre, in der das Verhältnis von n(D)/(n(D) + n(H)) höher ist als die natürliche isotopische Abundanz von D.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Hydroxyl(e)" oder OH eine Einheit oder eine Gruppe von Einheiten die jeweils aus einem Sauerstoffatom und einem Protium-Atom (H) bestehen. Das Sauerstoffatom kann ¹⁶O, ¹⁷O oder ¹⁸O oder Gemische davon in jedem Anteil sein. Wie hier verwendet bedeutet n(OH) die Gesamtanzahl von OH-Gruppierungen in einem Material.
Wie hier verwendet bedeutet der Begriff „Deuteroxyl(e)" oder OD eine Einheit oder eine Gruppe von Einheiten, die jeweils aus einem Sauerstoffatom und einem Deuteriumatom (D) bestehen. Das Sauerstoffatom kann ¹⁶O, ¹⁷O oder ¹⁸O oder Gemische davon in jedem Anteil sein. Wie hier verwendet bedeutet n(OD) die Gesamtanzahl von OD-Einheiten in einem Material.
Bei der vorliegenden Anmeldung sind die beiden Begriffe „Hydroxyl-dotiert" und „OH-dotiert" austauschbar verwendet. Ein Hydroxyl-dotiertes oder OH-dotiertes Material bedeutet, dass das Material OH-Einheiten und gegebenenfalls OD-Einheiten umfasst und das Verhältnis von n(OH)/(n(OD) + n(OH)) in dem Material gleich oder höher als die natürliche isotopische Abundanz von H ist. In dieser Hinsicht wird ein Material, in dem sämtliche OH-Einheiten von normalem Wasser stammen, das H₂O und D₂O in im Wesentlichen den natürlichen isotopischen Abundanzen von H und D umfasst, als OH-dotiert betrachtet.
Bei der vorliegenden Anmeldung werden die beiden Begriffe „Deuteroxyl-dotiert" oder „OD-dotiert" austauschbar verwendet. Ein Deuteroxyl-dotiertes oder OD-dotiertes Material bedeutet, dass das Material OD-Einheiten und gegebenenfalls OH-Einheiten umfasst und das Verhältnis von n(OD)/(n(OD) + n(OH)) in dem Material höher als die natürliche isotopische Abundanz von D ist. OD-dotiertes Quarzglas und Verfahren zur Herstellung eines solchen Glases wurden in z. B. der mit anhängigen, mit übertragenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/348956 , eingereicht am 6. Februar 2006 und nun als US2007/0105703A1 veröffentlicht, und in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/583619 , eingereicht am 19. Oktober 2006 und nun als US2007/0105704A1 veröffentlicht, deren Inhalte der relevanten Teile zugrunde gelegt werden und hier durch Bezugnahmen in ihrer Gesamtheit eingeschlossen sind, offenbart.
Bei der vorliegenden Anmeldung bedeutet OY OH oder OD oder, sofern nicht festgelegt, beides. Y-Y' bedeutet D₂ oder H₂ oder HD, sofern nicht festgelegt, jedes Gemisch oder jede Kombination von zwei oder drei von ihnen in jedem beliebigen Anteil.
„F-dotiert" bedeutet bei der vorliegenden Anmeldung, dass das Glas mindestens 0,1 Gew.-ppm Fluor umfasst. Wie hier verwendet, bedeutet n(F) die Gesamtanzahl von F-Einheiten in einem Material.
„xEy" bedeutet x·10^y. Somit gilt 5E19 = 5·10¹⁹; und 5E-4 = 5·10^-4.
„In der Lage, im Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unterhalb von etwa 300 nm arbeitet” bedeutet, dass:

(i) das Material in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung verwendet werden kann während die lithographische Vorrichtung während der normalen Verwendung für die beabsichtigte Funktion betrieben wird, d. h. durchführen einer lithographischen Funktion bei z. B. dem Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen; und
(ii) das Material in dem Lichtweg für den Zweck der Neuausrichtung oder Manipulation der lithographischen Bestrahlung verwendet werden kann.

Ein Durchschnittsfachmann in der Lithographietechnik versteht, dass für ein Material, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer bestimmten Wellenlänge arbeitet, das Material die erforderliche Zusammensetzung und Eigenschaft haben sollte, wie interne Transmission, laserinduzierte Wellenfrontverzerrung, induzierte Absorption und dergleichen. Ein Durchschnittsfachmann in der Lithographietechnik versteht auch, dass es im Allgemeinen erwünscht ist, dass die Materialien zu vernünftigen niedrigen Kosten für den Hersteller gefertigt werden können und für die Gesellschaft insgesamt (somit, sofern möglich, niedrigere negative Umweltauswirkung).
Typischerweise ist es gewünscht, um in der Lage zu sein, im Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge von unterhalb etwa 300 nm arbeitet, dass das Quarzglas eine interne Transmission bei 248 nm von mindestens 99,00 %/cm aufweist. Bei bestimmten Anwendungen ist es sehr erwünscht, insbesondere bei lithographischen Anwendungen zur Herstellung von Halbleiterchips, die bei 193 nm arbeiten, dass das Quarzglas eine interne Transmission von mindestens 99,00 %/cm bei 193 nm aufweist.
Typischerweise ist es erwünscht, um in der Lage zu sein, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge von unterhalb etwa 300 nm arbeitet, dass das Quarzglas eine Natriumkonzentration von weniger als 100 Gew.-ppm aufweist, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppm aufweist. Um in der Lage zu sein, im Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge von unter 250 nm arbeitet, wie 248 nm oder 193 nm, ist es erwünscht, dass das Quarzglas eine Natriumkonzentration von weniger als 500 Gew.-ppb, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 100 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppb, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 10 ppb aufweist.
Die fiktive Temperatur ist eine Temperatur, bei der eine eingefrorene Glasstruktur im Gleichgewicht wäre. Der Si-O-Si-Bindungswinkel ist eine Funktion der fiktiven Temperatur. Die Infrarot-Absorptionswellenlänge oder Frequenz von Si-O-Si-Spezies variiert mit dem Bindungswinkel. Somit kann die Infrarot-Absorption zur Bestimmung einer entsprechenden fiktiven Temperatur verwendet werden. Eine empirische Relation zwischen fiktiver Temperatur und Absorptionsfrequenz ist auf dem Fachgebiet angegeben, wie Agarwal et al., A simple IR spectroscopic method for determining fictive temperature of silica glasses, Journal of Noncrystalline Solids 185 (1995) 191. Raman-Streuung kann ebenfalls zur Bestimmung der fiktiven Temperatur unter Verwendung der Streufrequenz von Siliciumdioxid-Defekten, die mit einer gespannten Ringstruktur zusammenhängen, verwendet werden.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Polarisations-induzierte Doppelbrechung" die Spitze des gemessenen Doppelbrechungsniveaus in dem Mittelteil des gleichmäßig exponierten Bereiches des Glases nach einem bestimmten Zeitintervall oder nach Laserpulsen, wenn ein gepulster Laserstrahl verwendet wird, minus der Ausgangsdoppelbrechung des Glases vor der Exposition. Die Polarisations-induzierten Doppelbrechungsniveaus, wie in der vorliegenden Anmeldung beansprucht, sind die Größe (absoluter Wert) davon. Bei der vorliegenden Anmeldung ist bei Exposition des Glases zur Quantifizierung des Polarisations-induzierten Doppelbrechungsniveaus des Quarzglases ein linear polarisierter gepulster Laserstrahl bei der Wellenlänge von Interesse (wie ungefähr 193 nm oder 157 nm z. B.) mit einer gegebenen Fläche, Fluenz und Pulslänge auf einen feststehenden Bereich der Glasprobe gerichtet. Die Doppelbrechung im Mittelteil des exponierten Bereiches wird nach einer bestimmten Anzahl von Pulsen gemessen. Der Polarisations-induzierte Doppelbrechungswert wird durch Subtraktion der initialen Doppelbrechung des Glases von der gemessenen zentralen Doppelbrechung berechnet.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „induzierte Rand-Doppelbrechung" das gemessene maximale Doppelbrechungsniveau in den peripheren Teil außerhalb von jedoch angrenzend an den exponierten Bereich (d. h. der Bereich rechts der Öffnung, wo die Lichtintensität sich von dem nominalen Wert auf Null ändert) des Glases nach einem bestimmten Zeitintervall oder nach Laserpulsen, wenn ein gepulster Laserstrahl verwendet wird, abzüglich der initialen Doppelbrechung des Glases vor der Exposition. Bei der vorliegenden Anmeldung wird die induzierte Rand-Doppelbrechung des Quarzglases gemessen, nachdem ein gepulster Laserstrahl bei der Wellenlänge von Interesse (wie ungefähr 193 nm oder 157 nm) mit einer gegebenen Fläche, Fluenz und Pulslänge auf einen feststehenden Bereich der Glasprobe für eine bestimmte Zeitdauer für eine gegebene Anzahl oder eine gegebene Anzahl von Pulsen gerichtet wurde. Der induzierte Rand-Doppelbrechungswert wird durch Subtrahieren der initialen Doppelbrechung des Glases von der gemessenen Peak-Doppelbrechung an dem peripheren Teil berechnet.
Wie hier verwendet, bedeutet „niedrige Polarisations-induzierte Doppelbrechung bei 193 nm" eine Polarisations-induzierte Doppelbrechung von weniger als oder gleich 0,25 nm/cm, gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 5 × 10⁹ Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 193 nm mit einer Fluenz von 600 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 25 ns.
Wie hier verwendet, bedeutet „niedrige Polarisations-induzierte Doppelbrechung bei 157 nm" eine Polarisations-induzierte Doppelbrechung von weniger als oder gleich 7 nm/mm, gemessen bei 633 nm, nach Exposition gegenüber 1 × 10⁷ Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 25 ns bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als oder gleich 5 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als oder gleich 3 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als oder gleich 1 nm/mm.
Lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung der Glasmasse nach Exposition gegenüber ArF-Laser („Masse-LIWFD") wird bei 633 nm oder 193 nm unter Verwendung des Verfahrens und Gerätes, die in dem Stand der Technik verfügbar sind, gemessen. LB633 ist die Masse-LIWFD, gemessen bei 633 nm in nm/cm (die ein „+" oder „-„-Vorzeichen tragen könnte, in Abhängigkeit davon, ob das Glas sich verdichtet oder sich ausdehnt), LB193 ist die Masse-LIWFD, gemessen bei 193 nm in nm/cm, die ein + oder – Vorzeichen tragen könnte, in Abhängigkeit davon, ob das Glas sich verdichtet oder expandiert).
Die induzierte Absorption des Glases bei Exposition gegenüber einem Exzimerlaser bei ungefähr 193 nm (IA193) wird in der vorliegenden Anmeldung berichtet. IA193 = log(T₁/T₂), wobei T₁ die interne Transmission des Glases bezüglich %/cm vor der Laserexposition ist und T₂ die interne Transmission des Glases bezüglich %/cm nach Laserexposition ist. Die induzierte Absorption bei Exposition bei einer Wellenlänge von Interesse, wie bei 193 nm oder 157 nm, kann bei 215 nm gemessen werden. Ohne dass beabsichtigt ist, an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dies darauf beruht, dass die induzierte Absorption bei 215 nm ein guter Indikator für die Menge bestimmter Defekte in dem Glas sein kann, das als Ergebnis einer solchen Exposition produziert wurde.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Schwankung des Brechungsindex" oder „Brechungsindexschwankung" oder „Δn" die maximale Schwankung von Brechungsindices, gemessen in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse des Glasmaterials oder des optischen Glaselementes entlang einer zuvor festgelegten Richtung unter Verwendung der Interferometrie bei 633 nm (Helium-Neon-Laser) (wobei die Neigung und der Kolben herausgenommen sind, wie infra angegeben). Wie es typischerweise von einem Fachmann vorgenommen wird wenn die Brechungsindexschwankung längs einer bestimmten Richtung durchbrochen wird, werden Neigung und Kolben herausgenommen. Darum umfasst die Brechungsindexschwankung entlang einer bestimmten Richtung (wie die radiale Richtung in einer Probe, die unter Verwendung des OVD-Verfahrens hergestellt wurde) in der Bedeutung der vorliegenden Anmeldung nicht Neigung oder Kolben. Typischerweise wird die optische Achse eines optischen Glaselementes, einer Glaskontrolle oder eines Stückes von Glasmaterial als senkrecht zu einer Ebene (ein Querschnitt) gewählt, in dem die gemessene Brechungsindex-Inhomogenität die geringste ist, um ein Glaselement mit einem großen klaren Öffnungsbereich zu erhalten.
Das bevorzugte Verfahren, auch das hier verwendete Verfahren, zur Bestimmung des interstitiellen molekularen H₂ in Quarzsand ist Raman-Streuung. Die Raman-Spektrometrie wird unter Verwendung eines T64000-Spektrometers von HORIBA Jobin Yvon Inc. mit einem EEV ladungsgekoppelten Vorrichtungs-(CCD)-Detektor erhalten. Die Wasserstoffmolekül-Konzentration in Molekülen/cm³ wurde aus dem Verhältnis der Intensität, nachgewiesen aus dem Wasserstoffmolekül-Streupeak bei 4.135 cm^-1 (I₄₁₃₅) zu der Intensität des Siliciumdioxid-Streupeaks bei 800 cm^-1 (I₈₀₀), d. h. I₄₁₃₅/I₈₀₀ in dem Laser-Ramanspektrum gemessen (siehe V. S. Khotimchenkô et al., Prikladnoi Spektroskopii, 46(6), 987-997 (1986)). Insbesondere wurden die Intensitäten der Peaks durch Integration der Bereiche unter den Peaks unter Verwendung der linearen oder quadratischen Anpassung an den Hintergrund bestimmt. Die D₂- und HD-Konzentration in dem Glas bei der vorliegenden Anmeldung wurden auch unter Verwendung der Raman-Spektroskopie gemessen (siehe z. B. B. Schrader, Infrared and Raman Spectroscopy, Methods and Applications, VCH, Weinheim (1995), ISBN 3-527-26446-9; H. Komine, IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-22, Nr. 4 (April 1986)). Die D₂-Konzentration wurde bei 2.973 cm^-1 und die HD-Konzentration bei 3.606 cm^-1 gemessen.
Die OH-Gruppe besaß charakteristische Absorptionsbanden nahe 2,72 μm (3676 cm^-1), 2,21 μm (4525 cm^-1) und 1,38 μm (7246 cm^-1) in Quarzglas. Die Konzentration an OH wurde durch FTIR unter Verwendung der Peakhöhe von entweder der 3676 cm^-1 - oder der 4525 cm^-1-Absorptionsbande gemessen.
Die OH-Konzentration, c, in Mol·Liter^-1 stammt aus dem Lambert-Beer'schen Gesetz A = ε·c·b,wobei die Absorptionsfähigkeit A = log(Tref/T_OH) gilt; T_ref = Probenextinktion an der Referenzposition, eine nicht absorbierende Wellenlänge, wie 4000 cm^-1; T_OH = Probenextinktion bei einem OH-Absorptionspeak (~3676 cm^-1 für Siliciumdioxid); ε ist die molare Absorptionsfähigkeit in Liter·Mol^-1·cm^-1; c ist die Konzentration in Mol·Liter^-1 und b ist die Weglänge (Probendicke) in cm: c(Mol·Liter-1) = A/(ε·b).
Die Konzentration an OH in Gew.-ppm wurde aus c in Mol·Liter^-1 unter Verwendung der Dichte des Quarzglases (ungefähr 2,2 g/cm³) und des Molekulargewichts von OH (ungefähr 17 g/mol) gemessen. Die Konstante ε für hoch reines Quarzglas bei einer bestimmten Wellenlänge steht auf in dem Stand der Technik zur Verfügung.
Die Konzentration von OD in Quarzglas wurde auf ähnliche Weise erhalten, nämlich ausgehend von der FTIR-Messung und wurde unter Verwendung des Lambert-Beer'schen Gesetzes berechnet: A = ε·c·b,wobei die Absorptionsfähigkeit A' = log(T'_ref/T_OD) gilt; T'_ref = Probenextinktion an der Referenzposition, eine nicht absorbierende Wellenlänge, wie 2780 cm^-1; TOD = Probenextinktion bei am OD-Absorptionspeak (~ 2705 cm^-1 für Siliciumdioxid); ε' ist die molare Absorptivität in Liter·Mol^-1·cm^-1 (57,4 Liter·Mol^-1·cm^-1 bei 2705 cm^-1); c' ist die Konzentration von OD in Mol·Liter^-1; und b' ist die Weglänge (Probendicke) in cm: c'(Mol·Liter-1) = A'/(ε'·b').
Die Konzentration an OD in Gew.-ppm wurde aus c' in Mol·Liter^-1 unter Verwendung der Dichte des Quarzglases (ungefähr 2,2 g/cm³) und des Molgewichts von OD (ungefähr 18 g/mol) berechnet. Die Konstante ε' für hoch reines Quarzglas bei einer bestimmten Wellenlänge steht im Stand der Technik zur Verfügung.
Wie hier verwendet, bedeutet „eine Teilchenvorform" einen Gegenstand mit einer Form und umfassend eine Vielzahl von festen Teilchen. Somit kann eine Teilchenvorform bei der vorliegenden Anmeldung beispielsweise eine Rußvorform, die im Wesentlichen aus Siliciumdioxid-Rußteilchen besteht, die aus Flammenhydrolyseverfahren erhalten wurden, ein Grünkörper, der eine Anzahl von Siliciumdioxid-Teilchen umfasst, die aus dem Sol-Gel-Verfahren erhalten wurden und dergleichen sein.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Rußverteiler" eine Vorrichtung, die vorgeformte Rußteilchen (z. B. durch Sprühen) verteilt.
Bei der Suche nach Quarzglasmaterialien mit gewünschten optischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der initialen internen Transmission (LIWFD), der lichtinduzierten Absorption, der polarisationsinduzierten Doppelbrechung und dergleichen, haben die vorliegenden Erfinder unerwarteterweise festgestellt, dass F-dotiertes hoch reines Quarzglas vergleichbare und in bestimmter wichtiger Hinsicht bessere Leistung als nicht F-dotiertes Glas mit vergleichbarer OH-Konzentration besitzen. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Feststellung.
Die vorliegende Erfindung wird meistens im Zusammenhang der Mikrolithographie bei 193 und 157 nm beschrieben. Es sollte allerdings selbstverständlich sein, dass das erfindungsgemäße Material bei und für andere Anwendungsmöglichkeiten eingesetzt werden kann, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf: Lithographie bei 248 nm, i-Linien- und g-Linien-Lithographie, Lasergeneratoren, lithographische Prüfvorrichtungen und dergleichen.
Die vorliegenden Erfinder haben synthetische Quarzglasmaterialien hergestellt, die mit F dotiert waren, die zur Verwendung bei UV-lithographischen Anwendungen unterhalb 300 nm in der Lage waren. Wie vorstehend erwähnt, haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass unerwarteterweise F-dotierte lithographische synthetische Quarzglasmaterialien, insbesondere diejenigen mit einem hohen n(F)/(n(F) + n(OD) + n(OH))-Verhältnis die Neigung besitzen, bessere optische Eigenschaften als nicht F-dotiertes Quarzglas aufzuweisen, mit im Wesentlichen dem gleichen Niveau an einer Gesamtkonzentration von F, OH und OD ([F] + [OH] + [OD]).
Ferner haben die vorliegenden Erfinder unerwarteterweise festgestellt, dass F-dotiertes hoch reines Quarzglas verbesserte lichtinduzierte Absorption (IA) gegenüber dem entsprechenden OH-dotierten hoch reinen Quarzglas aufweist.
Die mit anhängige, mit übertragene US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/241,075 , mit dem Titel „SYNTHETIC SILICA HAVING LOW POLARIZATION-INDUCED BIREFRINGENCE, METHOD OF MAKING SAME AND LITHOGRAPHIC DEVICE COMPRISING SAME" und eingereicht am 30. September 2005, nun als US-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2006-0137399 A1 , veröffentlicht) offenbart und untersucht das Polarisations-induzierte Doppelbrechungsphänomen in synthetischem Quarzglasmaterial, deren Inhalt hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit umfasst ist. Die Quarzglasmaterialien, die in den Beispielen dieser Patentanmeldung untersucht wurden, waren im Wesentlichen OH-dotiert. Es wird gesagt, dass „unter anderem die OH-Konzentration in dem Glas ein Hauptfaktor ist, der die Polarisations-induzierte Doppelbrechung des Glases beeinflusst. Im Allgemeinen ist, wenn alle anderen Bedingungen gleich bleiben, die Polarisations-induzierte Doppelbrechung des Glases umso höher, je höher die OH-Konzentration ist. Somit haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass, um niedrige Niveaus an polarisationsinduzierter Doppelbrechung in dem Quarzglas zu erreichen, es erwünscht ist, dass die OH-Konzentration in dem Glas weniger als 500 Gew.-ppm, vorzugsweise weniger als 300 ppm, stärker bevorzugt weniger als 100 ppm, noch stärker bevorzugt weniger als 50 ppm, besonders bevorzugt weniger als 20 ppm beträgt".
Das erfindungsgemäße F-dotierte Quarzglas ist in der Lage, in der Lithographie unter 300 nm verwendet zu werden. Es kann in lithographischen Vorrichtungen verwendet werden, die bei längerer Wellenlänge arbeiten, wie beispielsweise bei der I-Linien-Lithographie bei 365 nm. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das F-dotierte erfindungsgemäße Quarzglas in der Lage, als refraktive Linsenelemente in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung verwendet zu werden, die in den trockenen lithographischen Vorrichtungen verwendet werden, die bei 248 nm arbeiten. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besitzt das F-dotierte erfindungsgemäße Quarzglas die Zusammensetzungs- und Eigenschaftsanforderungen zur Verwendung als refraktive Linsenelemente in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung, die in den lithographischen Immersionsvorrichtungen verwendet werden, die bei 248 nm arbeiten. Bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße F-dotierte Quarzglas in der Lage, als refraktive Linsenelemente in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung verwendet zu werden, die in den trockenen lithographischen Vorrichtungen verwendet wird, die bei 193 nm arbeiten. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besitzt das F-dotierte erfindungsgemäße Quarzglas die Zusammensetzungs- und Eigenschaftsanforderungen zur Verwendung als refraktive Linsenelemente in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung, die in den lithographischen Immersionsvorrichtungen verwendet werden, die bei 193 nm arbeiten. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besitzt das F-dotierte erfindungsgemäße Quarzglas die Zusammensetzungs- und Eigenschaftsanforderungen zur Verwendung als refraktive Linsenelemente in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung, die in den lithographischen Immersionsvorrichtungen verwendet wird, die bei 157 nm arbeiten. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besitzt das erfindungsgemäße F-dotierte Quarzglas die Zusammensetzungs- und Eigenschaftsanforderungen zur Verwendung als Fotomaskensubstrate in dem Lichtweg der UV-Bestrahlung, die in den lithographischen Immersionsvorrichtungen verwendet wird, die bei 248 nm, 193 nm und/oder 157 nm arbeiten. Ein Durchschnittsfachmann der Lithographietechnik weiß, dass für Quarzgläser zur Verwendung als Linsenelemente bei diesen Anwendungen stringente Anforderungen hinsichtlich optischer Leistung, wie UV-Transmission, UV-Zersetzung hinsichtlich induzierter Absorption, lichtinduzierter Wellenfrontverzerrung (LIWFD), Brechungsindexhomogenität, fiktive Temperatur, Doppelbrechung, lichtinduzierte Doppelbrechung, erfüllt werden müssen. Eine breite Literatur bespricht die Beziehung zwischen dieser geforderten optischen Leistung und der Zusammensetzung des Glases hinsichtlich OH-Konzentration und -Verteilung, Halogenkonzentration und -Verteilung, Alkalimetallkonzentration und -Verteilung, Übergangsmetallkonzentration und -Verteilung und dergleichen. Hoch reines Quarzglas, dotiert mit F, besitzt inter alia überragende Leistung bei der Polarisations-induzierten Doppelbrechung beim Exposition gegenüber linear polarisierter Strahlung. Darum kann das erfindungsgemäße Glas, insbesondere dasjenige, das mit einem hohen Verhältnis von [F]/([F] + [OH] + [OD]) (wobei [F], [OD] und [OH] alle in mol·cm^-3 angegeben sind) dotiert sind, zweckmäßigerweise in der Immersionslithographie-Technologie verwendet werden. Natürlich kann F-dotiertes Siliciumdioxid Glas als das Material für Linsenelemente in der reflektiven Lithographie, die im Vakuum-UV und im Röntgenspektrum arbeitet, verwendet werden. Diese Anwendungen besitzen spezielle Anforderungen an die anderen physikalischen Eigenschaften des Glases.
Das erfindungsgemäße synthetische Quarzglasmaterial kann im Wesentlichen frei sein von OH und OD. Es sollte allerdings nicht ausgeschlossen sein, dass es eine bestimmte Konzentration an OH oder OD in dem Glas enthalten kann. Dennoch hat es bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Siliciumdioxidglases ein n(F)/(n(F) + n(OD) + n(OH))-Verhältnis und/oder [F]/([F] + [OH] + [OD]) von höher als 0,05, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,1, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,2, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,3, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,4, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,5, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise höher als 0,8, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,90, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von höher als 0,95, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von höher als 0,99. Es wurde durch die vorliegenden Erfinder gezeigt, dass hoch reines synthetisches Quarzglas mit verschiedenen Konzentrationen an [F] unter Verwendung der Ruß-auf-Glas-Methode erhalten werden kann.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten Quarzglases besitzt das Glas eine kombinierte OH- und OD-Konzentration von geringer als 600 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von geringer als 160 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 50 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von geringer als 20 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von geringer als 1 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen noch vorzugsweise geringer als 0,1 ppm.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases besitzt das Glas eine OD-Konzentration von weniger als 1.400 Gew.-ppm, bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 1.000 ppm, bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 800 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 500 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 300 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 150 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 50 ppm, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von geringer als 20 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von geringer als 1 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0,1 bis 1.400 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0,1 bis 1.000 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0,1 bis 800 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0,1 bis 500 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0,01 bis 150 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0,01 bis 50 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0,1 bis 20 ppm.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases besitzt das Glas weniger als 500 Gew.-ppm OH und 0,15-1.400 ppm OD. Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases umfasst das Glas weniger als 150 Gew.-ppm OH und 0,1-1.400 ppm OD. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases umfasst das Glas weniger als 20 Gew.-ppm OH und 0,1-1.400 ppm OD. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases umfasst das Glas weniger als 20 Gew.-ppm OH und 0,01-300 ppm OD.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases besitzt das Glas eine F-Schwankung, gemessen in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse des Glases, von weniger als 100 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 80 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 20 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 2 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,1 ppm. Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases besitzt das Glas zusätzlich zu oder in Abwesenheit der [F]-Schwankung, die in diesem Abschnitt beschrieben wurde, eine [OH]+[OD]-Schwankung, gemessen in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse des Glases, von weniger als 100 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 80 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 20 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 2 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 1 ppm.
Das erfindungsgemäße F-dotierte synthetische Quarzglas kann im Wesentlichen frei von Dotierungsmitteln, die anders sind als F, sein. Es sollte allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass das erfindungsgemäße F-dotierte synthetische Quarzglas Dotierungsmittel einschließt wie OH, OD (wie supra angegeben), Al, Cl und Ti. Das erfindungsgemäße Ti-enthaltende F-dotierte Quarzglas kann zweckmäßigerweise in den Substraten für reflektive optische Elemente, insbesondere diejenigen, die hohe Wärmedimensionsstabilität erfordern, wie diejenigen, die in der reflektiven Lithographietechnologie, die in Vakuum-UV- und Röntgenspektralbereich arbeitet, verwendet werden.
Das F-dotierte synthetische Quarzglas kann mit molekularem H₂, HD und/oder D₂ dotiert werden. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besitzt das F-dotierte synthetische erfindungsgemäße Quarzglas eine Konzentration von [H₂], [HD] und [D₂] insgesamt von 1 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁹ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen von höher als 5 × 10¹⁵ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen von höher als 1 × 10¹⁶ Moleküle/cm³, bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen von unterhalb von 5 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von unter 5 × 10¹⁷ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von unter 2 × 10¹⁷ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen von 1 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁷ Moleküle/cm³. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases ist das Verhältnis von (2n(H₂) + n(HD))/2(n(H₂) + n(HD) + n(D₂)) höher als 0,1, bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,3, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,5, bei einer bestimmten anderen Ausführungsform höher als 0,7, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,9. Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von (2n(H₂) + n(HD))/2(n(H₂) + n(HD) + n(D₂)) in dem Glas im Wesentlichen die natürliche isotopische Abundanz von H, Mol-bezogen. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen ist das Verhältnis von (2n(D₂) + n(HD))/2(n(H₂) + n(HD) + n(D₂)) höher als 0,1, bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,3, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,5, bei einer bestimmten anderen Ausführungsform höher als 0,7, bei bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen höher als 0,9. Bei einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von (2n(D₂) + n(HD))/2(n(H₂) + n(HD) + n(D₂)) in dem Glas im Wesentlichen die natürliche isotopische Abundanz von D, Mol-bezogen.
Es ist bekannt, dass Alkali-, Erdalkali- und Übergangsmetalle nachteilig für die Transmissionsmerkmale von Quarzgläsern sein können. Siehe beispielsweise Schultz, P. C., Optical Absorption of the Transition Elements in Vitreous Silica, Journal of The American Ceramic Society, 57 (7), Ss. 309-313, (Juli 1974); US-Patentschrift Nr. 6,174,509 B1 von Corning Incorporated, mit dem Titel "Pure Fused Silica, Furnace and Method"; und US-Patent Nr. 6,698,248 B2 von Corning Incorporated, mit dem Titel "Methods and Furnaces for Fused Silica Production". Die US-Patentschrift Nr. 6,174,509 B1 offenbart einen Gegenstand, der durch sammeln von geschmolzenen Siliciumdioxid-Teilchen in einem Glühofen hergestellt wird, in dem mindestens ein Teil des feuerfesten Materials einem Halogen-enthaltenden Gas ausgesetzt wurde, zur Umsetzung mit kontaminierenden Metallionen in dem feuerfesten Material. Verbesserungen in hoch schmelzendem Zirkonium, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,174,609 offenbart, lindern die Wirkung von Natriumionenverunreinigung in einem Quarzgegenstand. Es wurde dann allerdings festgestellt, dass andere Verunreinigungen ebenfalls in dem Glühofen zusätzlich zu Natrium vorkommen. Diese umfassen die Erdalkalimetalle und Übergangsmetalle, wie Eisen, Titan und Blei, Aluminium, Phosphor und Schwefel. Die US-Patentschrift Nr. 6,698,248 B2 offenbart Verfahren und ein Gerät zur Herstellung von Quarzelementen mit hoher interner Transmission. Das Gerät und die Verfahren, wie offenbart, waren in der Lage Quarzsand herzustellen mit einer internen Transmission von mindestens 99,65 %/cm bei 193 nm. In dieser Druckschrift wurde behauptet, dass: „Die nächste Generation von Quarzglas, die auf dem Mikrolithographiemarkt verwendet wird, ArF (193 nm)-interne Transmission erfordert, die über 99,65 %/cm liegt und vorzugsweise über 99,75 %/cm liegt. Die Standardfertigungsverfahren, die vorstehend beschrieben sind, sind in der Lage, reproduzierbar Quarzlinsenrohlinge mit 99,5 %/cm herzustellen. Die Verminderung von Metallverunreinigungen, die eine sehr große Auswirkung auf die UV-Transmission besitzen, hat bei der Herstellung von Quarz mit höherer Transmission eine Hauptrolle gespielt. Die Auswirkungen von Metallen, wie Natrium, Kalium und Eisen sind auf dem 10-ppb-Niveau evident. Das Standardverfahren hat die Fähigkeit zur Herstellung von Quarzglas mit einer Transmission von 99,65 %/cm ohne Abstriche in der Glashomogenität, jedoch nicht mit der zur Herstellung großer Produktionsmengen von Linsenrohlingen benötigen Qualität und nicht mit der Reproduzierbarkeit um als Grundlage für ein Herstellungsverfahren zu dienen, gezeigt. Es wäre demnach wünschenswert, Verfahren und ein Gerät bereitzustellen, die in der Lage sind, reproduzierbar große Herstellungsmengen von Quarz mit einer internen Transmission von gleich oder größer als 99,65 %/cm bei 193 nm und vorzugsweise von größer als 99,75 %/cm herzustellen." Es sollte allerdings festgestellt werden, dass die in diesen Druckschriften besprochenen Quarzgläser alle OH-enthaltend und nicht OD-dotiert waren.
Es ist auch bekannt, dass hoch reines synthetisches Quarzglasmaterial erforderlich ist, um ein sehr niedriges Niveau an Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Übergangsmetallen aufzuweisen, um ausreichende Transmissionseigenschaften (z. B. Absorption, induzierte Absorption, Fluenz-abhängige Transmission, Doppelbrechung, Licht-induzierte Doppelbrechung, LIWFD, und dergleichen) bei der Wellenlänge von Interesse in den UV-Bereich, wie für die Verwendung als refraktives Element in KrF- und ArF-Lithographievorrichtungen, aufzuweisen. Bestimmte Metalle mit mehreren Oxidationszuständen können mehr Absorption in einem Oxidationszustand als andere verursachen. Somit umfasst bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten Quarzglases das Glas weniger als 100 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 1 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 500 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 300 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 100 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 20 ppb, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 10 ppb eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls und eines Übergangsmetalls. Unter allen Metallen ist Natrium eines der am schwierigsten aus der Glaszusammensetzung zu vermindernden Metalls, das es praktisch ubiquitär ist und in das Glas bei dem Handhabungsvorgang eingebracht werden kann. Natrium diffundiert ebenfalls in verfestigte Glas- und Rußvorformen außerordentlich schnell bei erhöhten Temperaturen, insbesondere bei oberhalb 800 °C. Damit das Glas dennoch die Fähigkeit zur Verwendung als refraktives optisches Element in einer lithographischen Vorrichtung besitzt, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, wie bei 248 nm oder 193 nm, ist es typischerweise erwünscht, dass das Glas Natrium von weniger als 100 Gew.-ppb, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 50 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 30 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 10 ppb (wie für die Verwendung in Lithographievorrichtungen, die bei 193 nm arbeiten), und bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 5 ppb umfasst. Die vorliegenden Erfinder haben F-dotiertes hoch reines Quarzglas mit einer solchen niedrigen Natriumkonzentration hergestellt. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das Glas jedes Übergangsmetall bei weniger als 2 ppb. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen umfasst das Glas jedes Übergangsmetall bei weniger als 1 ppb. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen umfasst das Glas jedes Übergangsmetall bei weniger als 0,5 ppb. Bei bestimmten Ausführungsformen, insbesondere für Gläser, die als refraktive optische Elemente in ArF-Laserlithographievorrichtungen zu verwenden sind, ist es bevorzugt, dass das Glas jedes Einzelelement in sämtlichen Oxidationszuständen der folgenden Konzentrationen von weniger als 2 Gew.-ppb, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 1 ppb, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,5 ppb, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von weniger als 0,1 ppb umfasst: Ti (z. B +2, +4), V (z. B. +5, +4), Cr (z. B. +6, +3), Mn (z. B. +6, +4, +2), Fe (z. B. +3, +2), Co (z. B. +3, +2), Ni (z. B. +2), Cu (z. B. +2, +1), Zn (z. B. +2), Ge (z. B. +4, +2), Zr (z. B. +4), Ag (z. B. +1), Cd (z. B. +2), Sn (z. B. +4, +2), Pb (z. B. +4, +2), Bi (z. B. +5, +3), und U (z. B. +6, +3). Natürlich sind elementare Metalle (im Zustand 0) im Allgemeinen für die Transmissionseigenschaften des Glases von Nachteil. Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases umfasst es weniger als 100 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 1 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 500 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 300 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 100 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 ppb, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 30 ppb, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 10 ppb, von einem und allen Metallen in sämtlichen Oxidationszuständen insgesamt.
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine lichtinduzierte Wellenfrontverzerrung (LIWFD), gemessen bei 633 nm (LB633), von 0 bis 1,5 nm/cm (bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,25 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,0 nm/cm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0 bis 0,5 nm/cm bei einer Dosis (N'·F²/τ)^0,6 von 6, wobei N' = 1.375 die Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, dem die Probe bei Messung des LB633 ausgesetzt war, F = 0,6 die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ = 25 die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine lichtinduzierte Wellenfronverzerrung (LIWFD), gemessen bei 193 nm (LB193) von 0 bis 2,5 nm/cm (bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 2,2 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,5 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen von 0 bis 1,0 nm/cm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen von 0 bis 0,5 nm/cm bei einer Dosis (N'·F²/τ)^0,6 von 6, wobei N' = 1.375 die Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, dem die Probe bei Messung des LB193 ausgesetzt war, F = 0,6 die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ = 25 die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas weniger als 0,25 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 0,1 nm/cm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 0,05 nm/cm Polarisations-induzierte Doppelbrechung (Größenordnung), gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 5 × 10⁹ Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 193 nm mit einer Fluenz von 600 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 25 ns.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas weniger als 7 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 5 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 3 nm/mm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise weniger als 1 nm/mm Polarisations-induzierte Doppelbrechung (Größenordnung), gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 25 ns.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine initiale interne Transmission bei 193 nm von mindestens 99,00 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswerterweise von mindestens 99,50 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswerterweise von mindestens 99,65 %/cm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von mindestens 99,75 %/cm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von mindestens 99,80 %/cm.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine fiktive Temperatur von weniger als 1.150 °C. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine fiktive Temperatur von weniger als 1.000 °C. Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Glases zeigt es eine fiktive Temperatur von höher als 800 °C.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases zeigt das Glas eine Brechungsindexschwankung, gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 10 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 5 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 2 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 1 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 0,5 ppm.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Glaselement, das das erfindungsgemäße F-dotierte synthetische Quarzglasmaterial umfasst, das allgemein und ausführlich vorstehend beschrieben und nachstehend erläutert wird. Das optische Glaselement wird zweckmäßigerweise in dem Lichtweg einer Bestrahlung mit einer Wellenlänge von kürzer als 300 nm verwendet, obwohl das erfindungsgemäße Glaselement in dem Bestrahlungslichtweg mit einer längeren Wellenlänge verwendet werden kann, wie im sichtbaren Spektrum oder im Infrarotspektrum. Das erfindungsgemäße F-dotierte Glas ist besonders zweckmäßig zur Verwendung bei bestimmten Infrarotanwendungen, wobei OH und/oder OD unerwünscht sind. Nicht einschränkende Beispiele für ein solches erfindungsgemäßes Glaselement kann optische Elemente zur Verwendung als refraktive Linsenelemente, Sputtertargets und dergleichen umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die refraktiven Linsenelemente können z. B. in lithographischen Scannern und Schrittmachermaschinen, Lasergeneratoren, Laseretalons, lithographischen Prüfvorrichtungen und dergleichen umfassen. Das erfindungsgemäße F-dotierte optische Glaselement ist auf Grund seiner verbesserten Resistenz gegen Laser-Beschädigung besonders für Vorrichtungen geeignet, die Bestrahlungen mit hoher Fluenz umfassen.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein lithographisches System, das mindestens ein erfindungsgemäßes optisches Element umfasst. Das lithographische System ist zweckmäßigerweise ein Immersionssystem, in dem mindestens der Kontakt von einem Linsenelement mit einer Flüssigkeit erlaubt ist. Lithographische Immersionssysteme verwenden im Allgemeinen linear polarisierte Bestrahlung. Auf Grund der hohen Beständigkeit gegenüber Polarisations-induzierter Doppelbrechungs-Beschädigung ist das erfindungsgemäße F-dotierte synthetische Quarzglaselement besonders für solche Lithographiesysteme geeignet. Auf Grund der ausgezeichneten Leistung des erfindungsgemäßen F-dotierten Glasmaterials, wie vorstehend erwähnt, kann es in den traditionellen lithographischen Trockenwerkzeugen, die unter 300 nm arbeiten, wie bei 248 nm, 193 nm und 157 nm, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße F-dotierte synthetische Quarzglasmaterial kann unter Verwendung verschiedener Verfahren, wie das Direkt-auf-Glas-Verfahren, die Ruß-auf-Glas-Verfahren und die Sol-Gel-Verfahren, um nur einige zu nennen, hergestellt werden. Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße F-dotierte Quarzglas hergestellt werden durch: (i) Verwenden von F-enthaltenden Ausgangsmaterialien, um Siliciumdioxid herzustellen; (ii) Herstellen von Quarzglas in einer F-enthaltenden Umgebung; oder (iii) Dotieren von Quarzglas mit F.
Das erste Verfahren ist ein Direkt-auf-Glas-Verfahren. Allgemein ausgedrückt umfasst dieses Verfahren die folgenden Schritte:

(I) Bereitstellen einer Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid einschließen;
(II) Abscheiden der Vielzahl von Teilchen auf einer Abscheidungsträgeroberfläche bei einer erhöhten Temperatur, derart, dass die Teilchen sich zu transparentem Glasmaterial in situ verfestigen,

In Schritt (I) kann die Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid einschließen, durch Flammenhydrolyse von mindestens einer Vorläuferverbindung bereitgestellt werden, die Silicium einschließt, wie Siliciumhalogenide (wie SiCl₄) oder Organosiliciumverbindungen. Als nicht einschränkendes Beispiel für Organosiliciumverbindungen, kann Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS) erwähnt werden.
Es existiert sehr viel Literatur über Geräte und Verfahren zur Herstellung von hoch reinem Quarzmaterial unter Verwendung des Direkt-auf-Glas-Verfahrens, welches zur Herstellung von erfindungsgemäßem hoch reinem F-dotiertem Quarzglas übernommen werden kann. Beispielsweise ist es sehr erwünscht, dass die Abscheidungsträgeroberfläche in Schritt (II) eine im Wesentlichen planare Abscheidungsoberfläche eines horizontalen rotierenden Tisches ist. Im Allgemeinen, um F-dotiertes Quarzglas zur Verwendung im tiefen UV- und Vakuum-UV-lithographischen Vorrichtungen zu erhalten, sollte das Glas unter Verwendung von hoch reinen Rohmaterialien und Prozessmitteln in einer sehr reinen Umgebung hergestellt werden, und es sollte darauf geachtet werden, Verunreinigung durch Metalle, die für die gewünschten Eigenschaften von Nachteil sind, zu vermeiden. Geringe Metallverunreinigungen werden über hoch reine Ausgangsmaterialien und ein Gerät zur Herstellung des Rußes (und des entsprechenden verfestigten Glases) und/oder durch Reinigung des Rußes (und des Gerätes) das zur Verfestigung des Rußes verwendet wird, mit z. B. Cl₂ oder Cl₂ + CO, CF₄, um Spurenmetalle zu entfernen, erhalten. Wenn die Teilchen in Schritt (I) vorgefertigt sind, können sie im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen (z. B. können bestimmte Teilchen, die Dotierungsmittel und Teilchen umfassen, die im Wesentlichen frei von Dotierungsmitteln sind, in Schritt (I) gemischt und bereitgestellt werden).
Das verfestigte in Schritt (II) hergestellte Glas kann weiterhin dem folgenden Schritt unterzogen werden:

(III) Behandeln des verfestigten in Schritt (II) erhaltenen Glases in einer Atmosphäre, die H₂ und/oder HD und/oder D₂ umfasst.

Das Ziel von Schritt (III) besteht darin, die Konzentration an molekularem Wasserstoff (H₂, HD und/oder D₂) in dem verfestigten Glas auf eine gewünschte Konzentration einzustellen. Bei bestimmten Ausführungsformen können Wasserstoffmoleküle, die bei einer gewünschten Konzentration in dem Glas dotiert sind, die optische Leistung des Materials verbessern. Es ist erwünscht, dass eine solche Wasserstoffbehandlung unterhalb von 600 °C durchgeführt wird. In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, sie bei über 600 °C durchzuführen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass sie unter 1000 °C durchgeführt wird. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass die Behandlungsdauer und -temperatur von Schritt (III) so gewählt wird, dass die Gesamtsumme der Konzentration von H₂, HD und D₂ in dem behandelten Glas 0,5 × 10¹⁵ bis 5 × 10¹⁹ Moleküle/cm³ beträgt, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von 0,5 × 10¹⁵ bis 5 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von 1 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von 0,5 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von 1 × 10¹⁶ bis 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise von 1 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ beträgt.
Wie vorstehend erwähnt, kann bei bestimmten Ausführungsformen nach Schritt (II), vor oder nach Schritt (III), das Glas einer Wärmebehandlung (wie Tempern) unterzogen werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßem F-dotiertem synthetischem Quarzglas, das als „Teilchen auf Glas" hier bezeichnet wird, umfasst die Bildung von einer porösen Teilchenvorform. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(A) Bereitstellen einer Teilchenvorform, die eine Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen, umfasst;
(B) gegebenenfalls Reinigen und/oder Trocknen der Teilchenvorform;
(C) gegebenenfalls weiteres Dotieren der Teilchenvorform mit Dotierungsmitteln;
(D) Verfestigen der Teilchenvorform bei einer erhöhten Temperatur zu verdichtetem Glas; und
(E) gegebenenfalls Behandeln des verfestigten in Schritt (D) erhaltenen Glases in Gegenwart von H₂, HD und/oder D₂, wobei in mindestens einem der Schritte (A), (B), (C) und (D) F in das Glas eingebracht oder darin geformt wird.

Wie vorstehend erwähnt, kann bei bestimmten Ausführungsformen, nach Schritt (D), vor oder nach Schritt (E) das Glas einer Wärmebehandlung (wie Tempern) unterzogen werden.
Bei einer Ausführungsform dieses Verfahrens umfasst Schritt (A) die folgenden Schritte:

(A1) Bereitstellen einer Vielzahl von Teilchen; und
(A2) Abscheiden der Teilchen auf einer Trägeroberfläche unter Bildung der Teilchenvorform.

Die Trägeroberfläche ist bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise drehend.
In Schritt (A1) können die Teilchen durch (A1.1) Flammenhydrolyse (die Plasma-unterstützt sein kann) von mindestens einer Silicium-enthaltenden Vorläuferverbindung (wie Siliciumhalogenide (z. B. SiCl₄) oder organische Siliciumverbindungen bereitgestellt werden. Als nicht einschränkendes Beispiel für eine Organosiliciumverbindung kann Organomethylcyclotetrasiloxan (OMCTS) erwähnt werden; oder (A1.2) ein Rußverteiler, der Plasma-unterstützt sein kann; oder (A1.3) ein anderes Plasma-unterstütztes Verfahren. Bei der vorliegenden Anmeldung wird das Teilchen-auf-Glas-Verfahren, das Schritt (A1.1) einschließt, als „Ruß-auf-Glas"-Verfahren bezeichnet. Das Ruß-auf-Glas-Verfahren zur Herstellung von regelmäßigem nicht F-dotiertem hoch reinem Quarzglas ist beispielsweise in der mit anhängigen, mit übertragenen Patentanmeldung Nr. 11/148,764 mit dem Titel „HIGH REFRACTIVE INDEX HOMOGENEITY FUSED SILICA GLASS AND METHOD OF MAKING SAME" und am 8. Juni 2005 eingereichten, nun als US-Patentanmeldung Veröffentlichungsar. 2006-0137398 A1 veröffentlicht, deren relevanter Teil hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, beschrieben.
Teilchen, die durch Schritt (A1.1) bereitgestellt werden, können F-dotiert oder nicht F-dotiert sein.
Schritt (A2) kann durch verschiedene Verfahren durchgeführt werden, wie (A2.1) äußere Gasphasenabscheidung; (A2.2) innere Gasphasenabscheidung; (A2.3) axiale Gasphasenabscheidung; (A2.4) planare Abscheidung und dergleichen. Es existiert sehr viel Literatur, die diese Verfahren zur Herstellung von regelmäßigem, nicht F-dotiertem Glas, das Siliciumdioxid einschließt, beschreibt, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases übernommen werden können.
Ein Sol-Gel-Verfahren kann in Schritt (A) zur Herstellung der Teilchenvorform eingesetzt werden, welches die folgenden Schritte umfasst:

(A(i)) Bilden eines Sol-Gels, das Siliciumdioxid umfasst; und
(A(ii)) Bilden der Teilchenvorform aus dem Sol-Gel.

Schritt (A(i)) kann in Gegenwart von oder aus mindestens einer D-enthaltenden Verbindung durchgeführt werden.
Teilchenvorformen, die durch Flammhydrolyse und Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden, können unerwünscht hohe Mengen an OH und OD umfassen. Teilchenvorformen, die aus Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden, können sogar beträchtliche Mengen an H₂O und/oder D₂O einschließen. Teilchenvorformen, die durch Flammenhydrolyseverfahren, die vorstehend erwähnt wurden (IVD, OVD, VAD, PD) hergestellt werden (typischerweise Rußvorformen genannt) die das Verbrennen von Kraftstoffen, die H und/oder D (H₂, D₂, CH₄, CDH₃ und dergleichen beispielsweise) umfassen und/oder Vorläuferverbindungen, die H und/oder D (OMCTS beispielsweise) umfassen, umfassen typischerweise in den Rußteilchen OH- und OD-Gruppen. Für viele Anwendungen würden solche Mengen an OH und/oder OD in der Vorform zu einer unerwünscht hohen Konzentration an OH und/oder OD in dem verfestigten Glas für die beabsichtigten Zwecke führen. Es wird beispielsweise von dem vorliegenden Erfinder verstanden, dass OH/OD-armes Glas, wie diejenigen, die eine Gesamtkonzentration von OH und OD von weniger als 500 ppm umfassen, bei bestimmten Ausführungsformen von weniger als 300 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 150 ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise von weniger als 50 ppm, für hoch reines Quarzglas zur Verwendung in optischen Elementen, die in UV- und Tiefen-UV-Lithographievorrichtungen verwendet werden, erwünscht sein kann.
Für diese Teilchenvorformen mit unerwünscht hohem Niveau an H₂O, D₂O, OH und/oder OD, ist es gewünscht, dass bevor sie weiter gegebenenfalls mit zusätzlichen Dotierungsmitteln dotiert und bevor sie zu verdichtetem Glas verfestigt werden, sie mindestens getrocknet werden, um die OD- und/oder OD-Konzentration auf ein gewünschtes Niveau herabzusetzen. Um die OH- und/oder OD-Endkonzentration in dem verfestigten Glas zu kontrollieren, ist es in vielen Fällen erwünscht, dass die Teilchenvorform getrocknet wird, um eine Gesamtkonzentration an OH und/oder OD unter 50 Gew.-ppm, bei bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise unter 10 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise unter 1 ppm, bei bestimmten anderen Ausführungsformen vorzugsweise unter 0,01 ppm vorliegen zu haben. Wo eine Teilchenvorform unter 1 Gew.-ppm Gesamt-OH und/oder Gesamt-OD umfasst, wird für den Zweck der vorliegenden Anwendung die Teilchenvorform im Wesentlichen als trocken angesehen.
Trockenmittel, wie trockenes Inertgas, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf He, Ar, N₂ und dergleichen, können zur Herabsetzung des H₂O, D₂O, OH und/oder OD in der Teilchenvorform bei einer erhöhten Temperatur, wie höher als 500 °C, bei bestimmten Ausführungsformen höher als 800 °C verwendet werden. CO, CO₂ und dergleichen können ebenfalls als Trockenmittel verwendet werden. CO kann mit Siliciumdioxidteilchen zur Erzeugung von Defekten in dem Glas reagieren. Solche Defekte können wie infra beschrieben geheilt werden. Bevorzugte Trockenmittel sind F₂, Cl₂, Br₂, Halogenverbindung, CO, CO₂ und kompatible Gemische davon. Die Halogenverbindung wird vorzugsweise aus HX, COX₂, SOX₂, CX₄, SiX₄ und SX₆ ausgewählt, wobei X aus F, Cl, Br und Kombinationen davon ausgewählt ist. Das besonders bevorzugte Trockenmittel ist Cl₂ und Br₂ ohne oder einschließlich CO und Gemischen davon. Allerdings kann unter Verwendung eines F-enthaltenden Trockenmittels [F] in dem Glas auch auf ein gewünschtes Niveau erhöhen.
Die Teilchenvorform, wie in Schritt (A) bereitgestellt, kann Verunreinigungen, insbesondere nachteilige Metallionen in unannehmbar hohen Mengen, enthalten. Dies trifft besonders zu, wenn ein Sol-Gel-Verfahren bei der Herstellung der Teilchenvorformen verwendet wird. Teilchenvorformen, die durch Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden enthalten typischerweise hohe Konzentrationen an Fe, Na und dergleichen, die für das optische Verhalten des Glases in tiefen UV- und Vakuum-UV-Spektren von Nachteil sind. Sobald das Glas verfestigt wurde und die Verunreinigungen in das verfestigte Glas eingearbeitet sind, wird ihre Entfernung schwierig. Darum ist es äußerst erwünscht, dass vor der Verfestigung, wo notwendig, die Teilchenvorform einer Reinigung unterzogen wird, derart, dass Verunreinigungskonzentrationen auf ein gewünschtes Niveau herabgesetzt werden, vor der Verfestigung der Vorform.
Viele der Trockenmittel zur Entfernung von H₂O, D₂O, OD und/oder OH aus der Teilchenvorform besitzen ebenfalls eine Abziehfunktion für Verunreinigungen. Diese Trockenmittel, bei Verwendung im Trocknungsvorgang, können gleichzeitig zur Reinigung der Teilchenvorform funktionieren. Darum können Trocknen und Reinigen zweckmäßigerweise gleichzeitig durchgeführt werden, oder, sofern gewünscht, können verschiedene Mittel zur Erzielung dieser beiden unterschiedlichen Funktionen verwendet werden. Bevorzugte Reinigungsmittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Cl₂, F₂, Br, eine Halogen-enthaltende Verbindung, CO, CO₂ und dergleichen und Gemische und Kombinationen davon. Die Halogen-enthaltende Verbindung kann HX, COX₂, SOX₂, CX₄, SiX₄ und SX₆ und dergleichen sein, wobei X aus F, Cl, Br und einer Kombination davon ausgewählt ist. Das besonders bevorzugte Trockenmittel ist Cl₂ und Br₂ mit oder ohne CO und kompatible Gemische davon. Wiederum kann die Verwendung eines F-enthaltenden Reinigungsmittels auch [F] in dem Glas auf ein gewünschtes Niveau erhöhen.
Die Teilchenvorform kann weiterhin in Schritt (C) vor der Verfestigung in Schritt (D) dotiert werden. Es ist auch allgemein anerkannt, dass das Dotieren von verfestigtem Glas mit Dotierungsmitteln schwierig ist, obgleich das Dotieren von Teilchenvorformen auf eine kontrollierte Weise durchgeführt werden kann. Somit kann die Teilchenvorform mit oder ohne den Trocknungs-/Reinigungsschritt (B) weiterhin mit Dotierungsmitteln, wie OD, OH, F, Cl und dergleichen, dotiert werden. Das Dotieren bei erhöhter Temperatur, wie höher als 500 °C, bei bestimmten Ausführungsformen höher als 800 °C, ist wünschenswert, um das Dotierungsverfahren zu beschleunigen. Durch Kontrolle der Dotierungstemperatur, der Konzentration der Dotierungsmittel in der Dotierungsatmosphäre und der Dotierungszeit kann die Endkonzentration der gewünschten Dotierungsmittel in der Teilchenvorform kontrolliert werden, und daher die Konzentration der gewünschten Dotierungsmittel in dem finalen verfestigten Glas. Zur Dotierung der Teilchenvorform mit F können F-enthaltende Verbindungen, wie HF, DF, COF₂, SOF₂, SiF₄, CF₄ und SF₆ verwendet werden. Darum kann während des Trocknungs- und/oder Reinigungsschrittes (B) das Dotieren von F durchgeführt werden. Um die Teilchenvorform mit Cl zu dotieren, können Cl₂ und Cl-enthaltenden Verbindungen, wie HCl, COCl₂, SOCl₂ und CCl₄, SiCl₄ verwendet werden. Darum kann während des Trocknungs- und/oder Reinigungsschrittes (B) das Dotieren von Cl durchgeführt werden. Somit können die Schritte (B) und (C) mindestens teilweise gleichzeitig durchgeführt werden.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung ist das Kontrollieren der Konzentration an OH und/oder OD in dem verfestigten Glas für viele Anwendungen, wie supra erwähnt, sehr erwünscht. Dies kann wünschenswerterweise in den Schritten (B) und/oder (C) erfolgen. Beispielsweise kann in Schritt (B) die Teilchenvorform getrocknet und auf ein Niveau, das im Wesentlichen frei von OH und/oder OD ist, gereinigt werden. Anschließend wird in Schritt (C) die getrocknete Teilchenvorform kontrollierbar mit OH und/oder OD auf ein gewünschtes Niveau dotiert, so dass das verfestigte F-dotierte Endglas die gewünschten OD- und/oder OH-Konzentrationen besitzt. Das Dotieren wird wünschenswerterweise bei einer erhöhten Temperatur wie höher als 500 °C, bei bestimmten Ausführungsformen höher als 800 °C, durchgeführt. Durch Wahl der entsprechenden Dotierungszeit, der Dotierungstemperatur, der Konzentration an Dotierungsmitteln in der Dotierungsatmosphäre können nicht nur die Endkonzentrationen von OD und/oder OH kontrolliert werden und andere Dotierungsmittel, sondern es kann auch eine homogene Verteilung davon in dem verfestigten Glas erreicht werden. Zur Dotierung der Teilchenvorform mit OD und/oder OH können OD-enthaltende und/oder OH-enthaltende Verbindungen bei verschiedenen Partialdrücken der Dotierungsatmosphäre verwendet werden. Beispielsweise kann zur Dotierung der Teilchenvorformen mit OD die Dotierungsatmosphäre D₂, HD, D₂O, CH₃OD, C₂H₅OD, CH₃COOD und andere OD-enthaltende Verbindungen umfassen. Wenn D₂ und/oder HD in der Dotierungsatmosphäre vorhanden sind, können sie mit dem SiO₂-Glas reagieren, um Si-OD und/oder Si-OH in dem Glas zu erzeugen. Zur Dotierung der Teilchenvorformen mit OH kann die Dotierungsatmosphäre H₂, HD, H₂O, CH₃OH, C₂H₅OH, CH₃COOH und andere OH-enthaltende Verbindungen umfassen. Wenn H₂ und/oder HD in der Dotierungsatmosphäre vorhanden sind, können sie gleichermaßen mit dem SiO₂-Glas reagieren, um Si-OH und/oder Si-OD in dem Glas zu erzeugen. Es ist bekannt, dass die Reaktion zwischen Wasserstoffgas (D₂, DH und/oder H₂) und SiO₂ zu der Bildung von Sauerstoffmangelstellen in dem Quarzglas führen kann. Somit, wie infra beschrieben, ist es erwünscht, dass die Teilchenvorform in einer oxidierenden Atmosphäre behandelt wird, um die Defekte vor oder während der Verfestigung der Teilchenvorform zu verdichtetem Glas auszuheilen, wenn Wasserstoffgas als Dotierungsmittel der Dotierungsatmosphäre verwendet wird. Wenn D₂O und/oder H₂O als das Dotierungsmittel in der Dotierungsatmosphäre verwendet werden, können sie als solche der Dotierungsumgebung zugeführt werden oder in situ gebildet werden, beispielsweise durch Reaktionen zwischen D₂/H₂ und O₂, das der Umgebung getrennt zugeführt wird. Um das gewünschte [OD]/[OH]-Verhältnis in dem verfestigten Endglas zu erreichen, kann in dem Dotierungsschritt (C) die Dotierungsatmosphäre eingestellt werden, um die OD-enthaltenden und OH-enthaltenden Verbindungen mit den gewünschten Partialdrücken davon zu enthalten. Das besonders bevorzugte OD-Dotierungsmittel für die Teilchenvorform ist D₂O. D₂O bei mehr als 99,9 Mol-% isotopischer Reinheit ist im Handel erhältlich. Das besonders bevorzugte OH-Dotierungsmittel für die Teilchenvorform ist H₂O. Wenn im Wesentlichen eine trockene Teilchenvorform dotiert wird, kann die Dotierungsatmosphäre so eingestellt werden, dass die gewünschten D₂O- und H₂O-Partialdrücke vorliegen, um die gewünschte [OD]- und [OH]-Konzentration in dem Endglas zu erhalten. Wenn Teilchenvorformen dotiert werden, die OH auf einem bestimmten Niveau mit OD umfassen, kann die Teilchenvorform in einer Dotierungsatmosphäre behandelt werden, die eine D-enthaltende Verbindung einschließt, wie eine OD-enthaltende Verbindung, wie D₂O, ausreichend lange, derart, dass eine wünschenswerte Menge an OH in der Teilchenvorform durch OD ausgetauscht wird. Durch Kontrolle des Partialdruckverhältnisses der OD-enthaltenden und OH-enthaltenden Verbindungen in der Dotierungsatmosphäre, der Dotierungstemperatur und der Dotierungsdauer kann Glas mit erwünschten Niveaus an OD und OH auf diese Weise ebenfalls erhalten werden. Es ist nicht ausgeschlossen, dass die Teilchenvorform eine bestimmte Menge an OD vor Schritt (C) umfassen kann, und sie wird in Schritt (C) mit OH dotiert oder ausgetauscht, nur um die gewünschten OD- und OH-Konzentrationen in dem Endglas zu erreichen.
Es ist bekannt, dass wenn Teilchenvorformen, die Siliciumdioxid einschließen, in einer reduktiven Atmosphäre bei einer erhöhten Temperatur, wie in den Schritten (B) und/oder (C), behandelt werden, Sauerstoffmangeldefekte in dem Glas erzeugt werden können. Solche Defekte sind für die Transmissionseigenschaften im Tiefen-UV und im Vakuum-UV, wie bei 248 nm und 193 nm besonders nachteilig. Darum ist es nach den Schritten (B) und (C) sehr erwünscht, dass die Teilchenvorform in einer oxidativen Atmosphäre in einem Schritt (C(A)) behandelt wird. Das Oxidationsmittel in der oxidativen Atmosphäre kann beispielsweise O₂, O₃, D₂O, H₂O, und dergleichen sein.
In Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Teilchenvorform zu verdichtetem Quarzglas verfestigt. Die Schritte (C) und (D) können mindestens teilweise gleichzeitig durchgeführt werden, d. h. dass mindestens ein Teil des Dotierens durchgeführt wird, während die Teilchenvorform zu verdichtetem Glas verfestigt wird. Schritt (C(A)), der vorstehend beschrieben ist, und Schritt (D) können mindestens teilweise gleichzeitig durchgeführt werden, d. h. mindestens in einem Teil von Schritt (D) wird mindestens ein Teil der Sauerstoffmangeldefekte in dem Glas oxidiert und geheilt. In Schritt (D) wird die Teilchenvorform auf eine erhöhte Temperatur, wünschenswerterweise höher als 1.000 °C, bei bestimmten Ausführungsformen höher als 1.200 °C, bei bestimmten Ausführungsformen höher als 1.400 °C erhitzt, wo die Teilchen zu verdichtetem Glas gesintert werden. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit während des Verfestigungsschrittes (D) kann auf eine Weise kontrolliert werden, derart, dass eine homogene Verteilung von Dotierungsmitteln, wie OH, OD und F und dergleichen, erreicht wird. Schritt (D) kann in einer Verfestigungsatmosphäre durchgeführt werden, die Inertgas umfasst, wie He, Ar, N₂ und dergleichen. Die Verfestigungsatmosphäre kann weiterhin O₂ und/oder D₂O und/oder H₂O auf einem gewünschten Niveau umfassen. O₂, D₂O und/oder H₂O können zur Oxidierung und Ausheilung der Sauerstoffmangelstellen in dem Glas führen.
Schritt (E) dieses erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Wasserstoffdotieren des verfestigten Glases mit einer Wasserstoff-Dotierungsatmosphäre, die molekularen H₂, HD und/oder D₂ umfasst. Die Wasserstoff-Dotierungsatmosphäre darf im Wesentlichen kein D₂ und HD umfassen, auch für Gläser, die mit hohen Prozentsätzen an OD dotiert sind, insbesondere wenn die Wasserstoff-Beladungstemperatur relativ niedrig ist, wie unterhalb von 500 °C. Bei bestimmten Ausführungsformen ist es erwünscht, dass für Gläser, die mit einem hohen Prozentsatz an OD dotiert werden, die Wasserstoff-Dotierungsatmosphäre im Wesentlichen frei von HD und H₂ ist, wo die Wasserstoff-Dotierungstemperatur höher als 500 °C ist. Dennoch wurde festgestellt, dass wo Quarzglas bei einer Temperatur unter 500 °C beladen wird, das Beladen von H₂ oder D₂ die [OH] und [OD] in dem Glas nicht nennenswert ändert. Das Wasserstoffdotieren kann vorteilhafterweise bei einer Temperatur unter 600 °C (Kaltbeladen) oder, um das Verfahren zu beschleunigen, bei einer Temperatur oberhalb 600 °C (Heißbeladen) durchgeführt werden. Es wird im Allgemeinen allerdings bei einer Temperatur unter 1.000 °C durchgeführt. Auf Grund der Diffusionsgesetze, um das gleiche Wasserstoff-Beladungsniveau in dem Glas zu erreichen, neigt das Kaltbeladen dazu, länger zu dauern. Dennoch ist Kaltbeladen zur Herstellung von bestimmtem Quarzglas bevorzugt, insbesondere dasjenige mit relativ wenig Wasser (z. B. [OD] + [OH] < 100 ppm) zur Verwendung in refraktiven Linsenelementen in tiefen UV- und Vakuum-UV-Lithographievorrichtungen, da es dazu neigt, weniger Defekte in dem verfestigten Glas zu erzeugen.
Wie supra erwähnt, wurde in der mit anhängigen, mit übertragenen Patentanmeldung mit der Seriennr. 11/241,075 (eingereicht am 30. September 2005 und mit dem Titel „SYNTHETIC SILICA HAVING LOW POLARIZATION INDUCED BIREFRINGENCE, METHOD OF MAKING SAME AND LITHOGRAPHIC DEVICE COMPRISING SAME", nun als US-Patentanmeldung Veröffentlichungsar. 2006-0137399 A1 veröffentlicht, deren relevanter Teil hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist) festgestellt, dass nicht F-dotiertes Quarzglas dazu neigt eine schlechtere Polarisation-induzierte Doppelbrechungsleistung bei höherer [OH] aufzuweisen. Es wurde auch in dieser Patentanmeldung festgestellt, dass die Menge an Polarisations-induzierter Doppelbrechung ungefähr proportional zu [OH] in einem OH-dotierten Quarzglas war. Bei einer weiteren mit anhängigen, mit übertragenen Patentanmeldung mit der Serienar. 11/261,005 (eingereicht am 26. Oktober 2005 und mit dem Titel „SYNTHETIC SILICA WITH LOW FLUENCE-DEPENDENT-TRANSMISSION AND METHOD OF MAKING THE SAME", wovon der relevante Teil hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist) wurde festgestellt, dass für nicht F-dotiertes hoch reines synthetisches Quarzglas von Standpunkt der Fluenz-abhängigen Transmission („FDT") und von LIWFD es bevorzugt ist, dass für diejenigen mit [OH] ≤ 160 ppm, die H₂-Beladung bei unter 600 °C durchgeführt werden sollte. Es wurde gezeigt, dass Heißbeladen zur Verschlechterung in FDT und LIWFD in einem solchen OH-dotierten Quarzglas mit [OH] ≤ 160 ppm führen kann. Es wurde aber auch gezeigt, dass für diejenigen mit [OH] ≥ 500 ppm das Heißbeladen die FDT- und LIWFD-Leistung nicht nennenswerter als das Kaltbeladen ändert.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen F-dotierten synthetischen Quarzglases umfasst die folgenden Schritte:

Schritt (a) bei diesem Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:

(a1) Erzeugen einer Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen;
(a2) gegebenenfalls Reinigen und/oder Trocknen der Teilchen;
(a3) gegebenenfalls Dotieren der Teilchen in einer Atmosphäre, die mindestens eine F-enthaltende Verbindung einschließt; und
(a4) gegebenenfalls Behandeln der Teilchen in einer oxidativen Atmosphäre, um mindestens teilweise Sauerstoffmangelstellen in den Teilchen auszuheilen,

In Schritt (a1) können die Teilchen, die Siliciumdioxid umfassen, durch Flammenhydrolyse oder Sol-Gel-Verfahren, wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit dem Teilchen-auf-Glas-Verfahren erzeugt werden, wobei die Teilchenvorformen schließlich verfestigt statt geschmolzen werden, um das Glas zu bilden.
In Schritt (a2) kann das Reinigen und/oder Trocknen mutatis mutandis wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit dem Teilchen-auf-Glas-Verfahren durchgeführt werden, wobei die Teilchenvorformen schließlich verfestigt statt geschmolzen werden, um das Glas zu bilden. Eine niedrige Konzentration an Metallverunreinigungen kann über hoch reine Ausgangsmaterialien und ein Gerät zur Herstellung des Rußes (und entsprechend des verfestigten Glases) und/oder Reinigen des Rußes (und des zur Verfestigung des Rußes verwendeten Gerätes) mit z. B. Cl₂ oder Cl₂ + CO, um Spurenmetalle zu entfernen, erhalten werden.
In Schritt (a3) kann das Dotieren mutatis mutandis, wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit dem Teilchen-auf-Glas-Verfahren durchgeführt werden, wobei die Teilchenvorformen schließlich statt geschmolzen verfestigt werden, um das Glas zu bilden.
In Schritt (a4) kann die Behandlung mutatis mutandis, wie vorstehend beschrieben, in Verbindung mit dem Teilchen-auf-Glas-Verfahren durchgeführt werden, wobei die Teilchenvorformen schließlich statt geschmolzen verfestigt werden, um das Glas zu bilden.
In Schritt (b) wird das Glas auf eine Temperatur erhitzt, wo das Glas geschmolzen wird, wie auf eine Temperatur von höher als 1.500 °C, bei bestimmten Ausführungsformen über 1.800 °C, bei bestimmten Ausführungsformen auf 2.000 °C. Das geschmolzene Glas kann weiterhin homogenisiert werden wenn es geschmolzen ist, um eine hohe Homogenität der Zusammensetzung und Eigenschaften in dem Endglas zu erhalten. Wo die Homogenisierung durchgeführt wird, können die geschmolzenen Glasteilchen im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise können die Teilchen ein Gemisch von Teilchen mit unterschiedlicher [F] sein. Beim Homogenisieren besitzt das erhaltene Endglas eine gleichmäßige [F].
Auch die Homogenisierung von verfestigtem Glas kann durchgeführt werden. Somit kann erfindungsgemäßes verfestigtes F-dotiertes synthetisches Quarzglas oder Gemische davon ohne Rücksicht auf das Herstellungsverfahren auf eine erhöhte Temperatur, wie über 1.500 °C, bei bestimmten Ausführungsformen über 1.800 °C, erhitzt werden, wo sie geschmolzen und unter Bildung eines Glases mit gleichmäßiger Zusammensetzung und Eigenschaften homogenisiert werden.
Beim Homogenisieren kann das finale abgekühlte verfestigte Glas getempert und/oder weiter mit molekularem Wasserstoff, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Teilchen-auf-Glas-Verfahren dotiert werden, wobei die Teilchenvorformen schließlich statt geschmolzen verfestigt werden, um das Glas zu bilden, mutatis mutandis.
Das synthetische erfindungsgemäße Quarzglasmaterial kann weiterhin zu optischen Elementen zur Verwendung in dem Lichtweg von lithographischer Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung, die bei einer Wellenlänge von unter 300 nm, wie 248 nm, 193 nm oder noch kürzer arbeitet, verarbeitet werden. Das optische Element kann verschiedene Geometrie und Größe einnehmen. Das optische Element kann in Fluenz-armen oder Fluenz-reichen Bestrahlungswegen eingesetzt werden. Somit kann ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Quarzglases eine Kombination der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Glasmaterials und zusätzlicher Schritte zur Verarbeitung des erfindungsgemäßen Glasmaterials sein.
Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung weiter.
Den Fachleuten wird klar, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung abdeckt, mit der Maßgabe, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
Es wurde beschrieben, dass das PIB-Niveau, das in Quarzglas durch Exposition gegenüber linear polarisierter ArF-Strahlung hervorgerufen wird mit seiner OH-Konzentration zusammenhängt. Bei abnehmender OH-Konzentration nimmt PIB ab. Siehe U. Neukirch, D. C. Allan, N. F. Borrelli, C. E. Heckle, M. Mlejnek, J. Moll, C. M. Smith, „Laser-Induced Birefringence in Fused Silica from Polarized Lasers", Proc. SPIE 5754, 638-645 (2005). Neuerdings hat Smith gezeigt, dass der gleiche Trend für linear polarisierte F₂ (157 nm)-Exzimerlaserbestrahlung gilt. Die PIB-Entwicklung ist mit der F₂-Laserexposition schneller, und viel höhere PIB-Niveaus können in einer kürzeren Expositionszeit hervorgerufen werden, was es zu einem geeigneten Screening-Werkzeug macht. IR-Studien unter Verwendung von polarisierten Expositions- und polarisierten IR-Messungen zeigen die Korrespondenz von PIB mit differentiellem Auswaschen des OHs in dem Glas. Die Schlussfolgerung aus diesen Ergebnissen besteht darin, dass PIB minimiert (oder möglicherweise beseitigt) werden kann durch Minimierung (oder Beseitigen) von OH aus dem Quarz. Siehe C. M. Smith, N. F. Borrelli, J. E. Tingley, „Polarized IR Studies of Silica Glasses Exposed to Polarized Excimer Radiation", J. Opt. Soc. Am. B 23, 2511-2517 (2006). Es wurde allerdings beschrieben, dass Quarz, das sehr wenig OH (1-20 Gew.-ppm, „Gew.-ppm") tatsächlich mehr PIB entwickelte als OH-reicheres (60-100 ppm)-Quarz bei Exposition gegenüber linear polarisierter ArF-Laserbestrahlung, wenn die Gläser „Halogen"-Reste aus dem Glasbildungsverfahren enthielten. B. Kuhn, S. Kaiser, I. Radosevic, B. Uebbing, S. Thomas, „Synthetic Fused Silica Tailored for 193 nm Immersion Lithography", vorgestellt auf dem 2. internationalen Sematech Symposium über Immersionslithographie, 12.-15. September 2005, Bruges, Belgien. Halogene (z. B. Cl, F, etc.) werden in die Glasstruktur während des Ruß-auf-Glas-Sinter (Verfestigungs)-Verfahrens eingebaut, wenn ein halogeniertes Gas als Trockenmittel verwendet wird. Das gebräuchlichste Trockenmittel ist Chlor (Cl₂), obwohl fluorierte Gase (z. B. CF₄, SiF₄) ebenfalls wirksam sind. Die Autoren behaupten nicht ausdrücklich, dass Halogene mit mehr PIB zusammenhängen, d. h. es wurde keine Unterscheidung zwischen F und Cl gemacht.
1 zeigt Polarisations-induzierte Doppelbrechung (PIB) vs. Expositionspulse in Millionen für verschiedene Quarzgläser, die linear polarisiertem F₂-Exzimerlaserlicht ausgesetzt waren. (Expositionsbedingungen: ~0,25 mJ·cm^-1·Puls^-1. Der trockene (kein OH) fluordotierte Quarz entwickelte keinerlei Doppelbrechung die hinweisend ist für PIB während der Exposition. Sämtliche anderen OH-enthaltenden Gläser zeigten eine solche induzierte Doppelbrechung. Die Daten zeigen, dass Fluor in dem Glas nicht zur PIB beiträgt.
Um zu erläutern, wie die obigen Kurven erhalten wurden, zeigen die 2 und 3 die Polscope-Diagramme des 100-ppm-OH-Glases bei 15 × 10⁶ Pulsen mit dem F-dotierten vorstehend beschriebenen Glas bei 9 × 10⁶ Pulsen. Die Diagramme zeigen die exponierten Bereiche des Glases, die Expositionsöffnung wird als rundes Zentrum abgebildet. PolScope evaluiert die Richtung und langsame Verzögerungsachse und quantifiziert ihre Größenordnung. In einer symmetrisch exponierten (kreisförmige Öffnung) Probe, die unpolarisiertem Licht ausgesetzt war, sollte eine Doppelbrechung von Null innerhalb des exponierten Bereiches vorliegen. In dem PolScope-Diagramm wären dies Vektoren einer Größenordnung von im Wesentlichen Null innerhalb des exponierten Bereiches. Wenn das 100-ppm-OH-Glas mit linear polarisiertem Licht exponiert ist, das in 2 gezeigt ist, wird allerdings PIB festgestellt und kann nach der Doppelbrechungsgrößenordnung innerhalb der Öffnung (nicht Null-Vektoren) quantifiziert werden. Dies wird mit 3 für F-enthaltenden Quarz verglichen, der kleine Vektoren (langsame Verzögerungsgrößenordnung) innerhalb des exponierten Bereiches zeigt. Nebenbei bemerkt, hat sich immer gezeigt, dass PIB mit seiner langsamen Achse senkrecht zu der einfallenden Polarisation auftritt.
Wir haben ein Fluor-dotiertes Quarzglas erfunden, das vollständig frei von OH ist, keine PIB bei Exposition gegenüber linear polarisierter F₂-Bestrahlung und, ausgeweitet, gegenüber linear polarisierter ArF-Laserbestrahlung aufweist.
F₂-Laserexperimente wurden an verschiedenen Quarzgläsern vorgenommen. Die Testanordnung umfasste Corningglas, Code Nr. 7980, und mehrere Quarzgläser, die durch das Ruß-auf-Glas-Verfahren hergestellt wurden, mit verschiedenen OH-Konzentrationen. Ein Fluor-dotiertes Glas wurde ebenfalls durch das Ruß-auf-Glas-Verfahren hergestellt. Das Verfestigungsverfahren umfasste einen SiF₄-Trocknungs-/Dotierungsschritt, welcher Glas ergab, das 4.000 ppm F enthielt und vollständig frei von OH-Gruppen war. Die Proben wurden aus den Rohlingen geschnitten und auf die folgende Weise getestet. Die Proben wurden gegenüber polarisiertem 157 nm Licht bei Fluenzen von grob 200-300 μJ·cm^-2·Puls^-1 ausgesetzt. Die Doppelbrechungmessungen erfolgten unter Verwendung eines PolScope-Instruments. 1 zeigt eine Auftragung von Polarisations-induzierter Doppelbrechung vs. Expositionspulse für die verschiedenen Quarzgläser. Alle Gläser, die OH enthielten, entwickelten ein gewisses Niveau an Polarisations-induzierter Doppelbrechung während der Exposition. Im Gegensatz dazu entwickelten das trockene F-dotierte Glas keine PIB obwohl die Probe eine hohe Fluorkonzentration enthielt. Ein Trend der Abnahme von PIB mit zunehmendem OH kann in der Figur festgestellt werden. Wir haben festgestellt, dass, wenn das gesamte OH aus dem Glas auf eine solche Weise entfernt wurde, dass das Glas mit Fluoratomen dotiert ist, ein Glas, das keine PIB aufweist, erhalten werden kann.
Der gleiche Trend der abnehmenden PIB mit abnehmender OH-Konzentration wurde unter ArF-Exzimerlaserbestrahlung festgestellt. Die Tatsache, dass der gleiche Trend unter den beiden verschiedenen Bestrahlungsquellen festgestellt wird, legt nahe, dass der Mechanismus, der PIB erzeugt, in beiden Fällen der gleiche ist. Somit wird erwartet, dass F-dotierter Quarz PIB auch unter linear polarisierter ArF-Bestrahlung widersteht.
Der für PIB verantwortliche Mechanismus wird nicht vollständig verstanden, jedoch wurden mindestens zwei Theorien vorgeschlagen. Bei einer Theorie werden die OH-Gruppen in dem Glas durch das polarisierte Laserlicht ausgerichtet, was zu einer anisotropen Dichteänderung und zu PIB führt. Da Halogene (F, Cl) strukturell ähnliche Gruppen wie OH bilden (d. h. ≡Si-OH, Si-Cl, ≡Si-F, wobei ≡ die Bindung mit drei Netzwerk-Sauerstoffatomen angibt) wurde nahegelegt, dass Halogene ebenfalls durch linear polarisiertes Licht ausgerichtet werden und zur PIB beitragen. B. Kuhn, S. Kaiser, I. Radosevic, B. Uebbing, S. Thomas, „Synthetic Fused Silica Tailored for 193 nm Immersion Lithography", vorgestellt auf dem 2. internationalen Sematech Symposium über Immersionslithographie, 12.-15. September 2005, Bruges, Belgien. Bei einer anderen durch die vorliegenden Erfinder vorgeschlagenen und durch Experimente nahegelegte Theorie wird angenommen, dass PIB mit dem präferenziellen Ausbleichen von bestimmten ≡Si-OH-Gruppen in dem Glas zusammenhängt, die mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Laserlichtes ausgerichtet werden. Die Tatsache, dass unser OH-freies F-dotiertes Glas keine PIB aufweist, zeigt, dass ≡Si-F-Gruppen nicht zu PIB beitragen, was mit dieser Theorie im Einklang steht. Somit, solange der Quarz OH-frei ist, könnte ein breiter Bereich von Fluor-Konzentrationen in das Glas ohne Abnahme in der PIB eingearbeitet werden.
Quarzglas wird intensiv für optische Elemente für kurzwellige Anwendungen eingesetzt. Vielleicht besteht die anspruchsvollste Anwendung für Quarz in der Mikrolithographie, wobei nicht nur befriedigende „statische" Spezifikationen erforderlich sind (initiale Transmission, Restbelastungs-Doppelbrechung, Indexhomogenität) sondern auch Grenzen hinsichtlich „dynamischer" Eigenschaften, die erwünschterweise zu erfüllen sind, bestehen. Diese dynamischen Eigenschaften stellen eine direkte Folge der Bestrahlung des Quarzglases für längere Zeiträume mit gepulsten photonenenergiereichen Quellen dar. Unter den festgelegten Eigenschaften, die Änderungen als Ergebnis der Exposition gegenüber Licht durchlaufen, sind Dichte (beobachtet als Änderung in der Wellenfront) und Transmission. Die Transmission von Quarz kann mit Exposition gegenüber Licht abnehmen, obwohl bekannt ist, dass die Gegenwart von molekularem H₂ in dem Glas das Verfahren abschwächen kann; es wird festgestellt, dass die Verdunkelungsrate in H₂-enthaltendem Quarz relativ zu nicht H₂-enthaltendem Glas herabgesetzt ist. Schematisch sind Reaktionen, die an der Farbzentrumbildung (Transmissionsdegradation) beteiligt sind, in den Gleichungen 1 und 2 gezeigt. In Gleichung 1 ist die Bildung des E' und eines nicht verbrückenden Sauerstofflochzentrums (NBOHC) beschrieben. Das E'-Zentrum ist bei 215 nm zentriert, besitzt allerdings eine signifikante Absorption bei 193 nm, was dieses Farbzentrum besonders nachteilig für diese lithographische Wellenlänge macht. Das NBOHC ist bei 260 nm zentriert, mit einem signifikanten Schwanz bei 248 nm, was die Transmission bei dieser anderen wichtigen lithographischen Wellenlänge nachteilig beeinflusst. In Gleichung 2 ist die Reaktion von molekularem H₂ mit den soeben beschriebenen Farbzentren schematisch dargestellt. Die gebildeten SiH- und SiO-Einheiten besitzen wesentlich geringere Absorption in UV als die unhydrierten E'- und NBOHC-Zentren. Der tatsächliche Mechanismus des Schutzes gegen Transmissiondegradation ist wesentlich komplizierter als das was in den Gleichungen 1 und 2 dargestellt ist, allerdings ist die Gegenwart von H₂ bei der Herabsetzung der Verdunkelungsrate des Glases kritisch.
Die in Gleichung 2 gezeigten Produkte sind für eine Spaltung mit Licht empfindlich. Ihre Zahlendichte zu jeder Zeit ist eine Funktion der H₂-Konzentration, der Expositionsfluenz, der Pulszahl und wie viele E' gebildet und mit H₂ umgesetzt wurden. Dieser Typ von Absorptionsverfahren gründet sich auf die Gitterspaltung (Gleichung 1) und ist somit ein relativ unwirksames Verfahren, was viele Millionen oder Milliarden Pulse bei Fluenzen im Bereich von 1 mJ oder weniger erfordert, bevor eine signifikante Absorption festgestellt wird.
Der Einbau von H₂ als die molekulare Spezies kann insofern problematisch sein, als das Quarzglasgitter thermisch mit dem H₂ reagieren kann, um reaktive Produkte zu ergeben; eines der Produkte wurde bereits beschrieben und als SiH* bezeichnet. (Es wird festgestellt, dass die Beladungsbedingungen, die die SiH*-Bildung ergeben, auch Sauerstoffmangelzentren-(ODC)-Bildung ergeben können. Die ODCs sind als Silicium-Silicium-Bindungen ((O)₃-Si-Si(O)₃) in der Glasstruktur beschrieben, die besonders günstig unter reduzierenden Bedingungen gebildet werden. Sie besitzen viele der dynamischen Reaktionen, die für die SiH*-Spezies beschrieben werden.
SiH* ist fotolabil (wie das SiH vorstehend) und kann so Absorption (E'-Zentrenbildung) unter Bestrahlung erzeugen. Die Menge, die gebildet wird, hängt von der initialen OH-Konzentration des Glases, der Temperatur bei der das Glas beladen wird, der H₂-Konzentration, die zum Beladen verwendet wird und von der Beladungsdauer ab. Das Endergebnis des Vorliegens von SiH* in dem Glas besteht darin, dass es ein „unmittelbarer" Vorläufer der E'-Zentrenbildung ist, d. h. im Gegensatz zu dem ausgeführten Schema vorstehend, dass Millionen oder Milliarden von Pulsen zur Erzeugung von Absorption erfordert, erzeugt dieses Schema die Absorption in sehr wenigen Pulsen. Obgleich der Gitterspaltungsmechanismus, der zuvor beschrieben wurde, relativ langsam ist, führt die Spaltung des SiH* schnell zur induzierten Absorption. In Abhängigkeit von der Menge an gebildetem SiH* und des gebildeten und anschließend fotolysierten SiH*, kann dieses Verfahren zu unerwünschter Transmissiondegradation und zu Transmissionsexkursionen bei Exposition führen. Im Allgemeinen wird die SiH*-Bildung durch den niedrigen initialen OH-Gehalt des Glases, durch höhere Beladungstemperaturen, längere Beladungszeiten und höhere H₂-Umgebungskonzentration erhöht. Niedrigere Beladungszeiten sind dann erwünscht, um molekulares H₂ einzubauen, während reduzierte Defekte minimiert werden, sind jedoch auch oft hinsichtlich Zeit, insbesondere zum Beladen mit großen Teilen (> 1 cm Dicke beispielsweise) nicht angebracht.
Zusätzliche erfindungsgemäße Probenmaterialien wurden hergestellt und auf die Leistung getestet. Die Zusammensetzungen und Eigenschaften dieser Materialien zusammen mit einer Serie von Vergleichsbeispielen ist in Tabelle 1 nachstehend aufgeführt. Die Leistungskurven sind jeweils in den 4 bis 9 gezeigt. In diesen Figuren sind, wo zutreffend, LIWFD (einschließlich LB193 und LB633) gegen die Dosis (N'·F²/τ)^0,6 aufgetragen, wobei N' die Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, dem die Probe bei Messung des LB633 oder LB193 ausgesetzt war, F die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist. In diesen Figuren steht N für die Pulszählungen in Millionen und F steht für die Fluenz in mJ·cm^-2·Puls^-1.
Für den Fachmann ist es klar, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, mit der Maßgabe, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims

F-dotiertes synthetisches Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unterhalb von 300 nm arbeitet, umfassend, bezogen auf das Gewicht des Glases: weniger als 50 ppm Cl; weniger als 50 ppb Na; weniger als 50 ppb insgesamt an Übergangsmetallen; und 0,1 ppm bis 5.000 ppm Fluor; und mit einer Polarisations-induzierten Doppelbrechung von weniger als 7 nm/mm, gemessen bei 633 nm nach Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach Anspruch 1, das weniger als insgesamt 500 ppm OH und OD bezogen auf das Gewicht des Glases umfasst.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach Anspruch 1, das im Wesentlichen frei von OH ist.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach Anspruch 1, das OD von 1 bis 100 Gew.-ppm bezogen auf das Gewicht des Glases umfasst.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weniger als insgesamt 50 ppb Alkalimetall bezogen auf das Gewicht des Glases umfasst.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das 1 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ Wasserstoffmoleküle umfasst.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer induzierten Absorption, gemessen bei 215 nm von weniger als 0,1 cm^-1 nach Exposition gegenüber 3 Millionen Pulsen des Exzimerlasers bei 193 nm mit einer Fluenz von 25 mJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer initialen internen Transmission bei 193 nm von mindestens 99,50 %/cm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Transmission bei 157 nm von mindestens 25 %/cm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach Anspruch 9, das im Wesentlichen frei von OH, OD und Cl ist.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer LIWFD, gemessen bei 193 nm (LB193), von 0 bis 2,5 nm/cm bei einer Dosis (N'·F²/τ)^0,6 von 6, wobei N' = 1.375 die Anzahl von Pulsen in Millionen des linear polarisierten ArF-Exzimerlasers ist, dem die Probe bei der Messung des LB193 ausgesetzt war, F = 0,6 die Fluenz des ArF-Exzimerlasers in mJ·cm^-2·Puls^-1 ist und τ = 25 die Pulslänge des ArF-Exzimerlasers in ns ist.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer niedrigen Polarisations-induzierten Doppelbrechung bei 193 nm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Brechungsindexschwankung, gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 10 ppm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Konzentrationsschwankung von OH und OD([OH] + [OD]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Konzentrationsschwankung an F([F]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm.
Synthetisches Quarzglasmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Konzentrationsschwankung an Fluor, OH und OD ([OH] + [OD] + [F]), gemessen in einer Ebene senkrecht zu mindestens einer Richtung, von weniger als 100 ppm.
Optisches Element zur Verwendung in dem optischen Bestrahlungsweg mit einer Wellenlänge, die kürzer als 300 nm ist, bestehend im Wesentlichen aus einem F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, umfassend, bezogen auf das Gewicht des Glases: weniger als 50 ppm Cl; weniger als 50 ppb Na; weniger als insgesamt 50 ppb an Übergangsmetallen; und 0,1 ppm bis 5.000 ppm Fluor; und mit einer Polarisations-induzierten Doppelbrechung von weniger als 7 nm/mm, gemessen bei 633 nm nach der Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns.
Optisches Element nach Anspruch 17 zur Verwendung in dem optischen Bestrahlungsweg mit einer Wellenlänge von kürzer als 300 nm und einer Fluenz über 0,5 mJ·cm^-2·Puls^-1.
Lithographisches System, das mindestens ein optisches Element umfasst, bestehend im Wesentlichen aus einem F-dotierten synthetischen Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unterhalb von 300 nm arbeitet, umfassend, bezogen auf das Gewicht des Glases: weniger als 50 ppm Cl; weniger als 50 ppb Na; weniger als insgesamt 50 ppb an Übergangsmetallen; und 0,1 ppm bis 5.000 ppm Fluor; und mit einer Polarisations-induzierten Doppelbrechung von weniger als 7 nm/mm, gemessen bei 633 nm nach der Exposition gegenüber 10 Millionen Pulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei 157 nm mit einer Fluenz von 250 μJ·cm^-2·Puls^-1 und einer Pulslänge von 30 ns.
Lithographisches System nach Anspruch 19, welches ein lithographisches System ist, das bei einer Wellenlänge von unter 300 nm arbeitet.
Lithographisches System nach Anspruch 20, das ein lithographisches Immersionssystem ist.
Verfahren zur Herstellung von F-dotiertem synthetischem Quarzglasmaterial, das in der Lage ist, in dem Lichtweg der lithographischen Bestrahlung einer lithographischen Vorrichtung verwendet zu werden, die bei einer Wellenlänge unter 300 nm arbeitet, das die folgenden Schritte umfasst: (A) Bereitstellen einer Teilchenvorform, die eine Vielzahl von Teilchen, die Siliciumdioxid einschließen, umfasst; (B) gegebenenfalls Reinigen und/oder Trocknen der Teilchenvorform; (C) gegebenenfalls weiterhin Dotieren der Teilchenvorform mit Dotierungsmitteln; (D) Verfestigen der Teilchenvorform bei einer erhöhten Temperatur zu verdichtetem Glas; und (E) gegebenenfalls Behandeln des in Schritt (D) erhaltenen verdichteten Glases in Gegenwart von H₂, HD und/oder D₂, wobei in mindestens einem der Schritte (A), (B), (C) und (D) F so eingebracht oder in das Glas geformt wird, dass das resultierende Glas F von 0,1 bis 5.000 Gew.-ppm des Glases umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die in Schritt (A) bereitgestellte Rußvorform Natrium von weniger als 50 Gew.-ppb umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei wenigstens einer der Schritt (B), (C) und (D) in einer eine F-enthaltende Verbindung umfassende Atmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei wenigstens einer der Schritte (B), (C) und (D) in einer eine F-enthaltende Verbindung umfassenden Atmosphäre durchgeführt wird.