DE10359951A1

DE10359951A1 - Verfahren zur Herstellung von ultratrockenem, Cl-freiem und F-dotiertem hochreinem Quarzglas

Info

Publication number: DE10359951A1
Application number: DE10359951A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Brown; Stephen Charles Currie; Susan Lee Schiefelbein; Michael Henry Wasilewski; Huailiand Allen Wei
Original assignee: Coming Inc
Current assignee: Coming Inc
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-08
Also published as: JP2004203736A; US20040118155A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ultratrockenen, hochreinen, Cl-freien, F-dotierten Quarzglases. Siliziumdioxid-Pulver oder Ruß-Vorformen werden zur Bildung eines Glases unter Bedingungen verwendet, so dass ein erwünschtes Niveau einer F-Dotierung bereitgestellt wird, während die Cl- und OH·-·-Konzentrationen auf Spurenkonzentrationen reduziert werden. Das Verfahren schließt die Bereitstellung eines Glasvorläufers Form eines Siliziumdioxid-Pulvers oder Ruß-Vorform ein. Das Pulver wird in einem Ofen erhitzt. Das Pulver wird gegenüber einer F-Spezies in einer vorherbestimmten Temperatur und Zeitspanne ausgesetzt, die ausreicht, um das Pulver zu schmelzen und ein hochreines Quarzglas am Boden des Ofens zu bilden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliziumdioxid und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von ultratrockenem, Chlor-freiem, Fluor-dotiertem hochreinem Quarzglas (SiO₂).

Es besteht ein anhaltender Bedarf nach einer Quelle für hochreines Quarzglas bzw. synthetisches Kieselsäureglas bzw. amorphes Silizumdioxid (high purity fused silica = HPFS) zur Verwendung bei der Herstellung von Photomasken in der 157-nm Photolithographie in der Halbleiterindustrie. Es wird angenommen, dass Siliziumdioxid, das mit F dotiert ist, die UV-Transmission bzw. -Durchlässigkeit von HPFS verbessern wird und dass -OH und Chlor im Siliziumoxid-Netzwerk signifikant zur UV-Adsorption bei 157 nm – Anwendungen beitragen würden. HPFS wird typischerweise unter Verwendung von SiCl₄ oder Octamethylcyclo-tetrasiloxan (OMCTS) durch ein direktes Ablagerungsverfahren hergestellt, bei dem SiCl₄ oder OMCTS-Dampf mit einer Sauerstoff- und Methan/Sauerstoff- Flamme verbrannt wird, um Siliziumdioxid-Glas herzustellen. Dieses Verfahren schließt inhärent OH und Cl (wenn SiCl₄ verwendet wird, lediglich OH, wenn OMCTS verwendet wird) im sich ergebenden Glas in einer typischen Konzentration von mehreren hundert ppm OH und zehn bis hunderten ppm Cl, ein. Es ist deswegen offensichtlich, dass neue Verfahren und neue Vorläufer erforderlich sind, um ultratrockenes, Cl-freies Glas herzustellen, um den Bedürfnissen der Halbleiter-industrie entgegenzukommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung der Probleme des Stands der Technik, die oben beschrieben sind, und betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung eines F-dotierten, Cl-freien, hochreinen Quarzglases mit einem ultra-niedrigen -OH Gehalt.

Es ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Cl-freien, hochreinen Quarzglases bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines F-dotierten, hochreinen Quarzglases bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ruß- bzw. Sootvorformen bei der Herstellung von hochreinem Quarzglas zu verwenden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden von hochreinem Quarzglas aus einem Ruß-Strom bereitzustellen, das ein Glas direkt bei einem Ofen-Brenner bildet.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Quarzglas bereitzustellen, das Chlor-frei ist und einen ultraniedrigen -OH-Gehalt aufweist.

Die vorliegende Erfindung verwendet Pulver oder Ruß-Vorformen aus Siliziumdioxid, die durch Flammenhydrolyse, Sol-Gel- oder andere Verfahren unter Verwendung von OMCTS oder anderer Cl-freier Vorläufer wie beispielsweise Siloxanen hergestellt wurden.

In einer Ausführungsform werden das Siliciumdioxid-Pulver oder die Ruß-Vorformen in einem inerten Tiegel angeordnet, der in einem Ofen positioniert wird, wie beispielsweise einem, der bei der Herstellung von hochreinem Quarzglas (HPFS) verwendet wird. Der Boden des Tiegels ist vorzugsweise porös, und unter diesem wird ein Vakuum angelegt, um das Pulver an der Stelle zu halten und um Gas zu entfernen, das im Pulver während der Verarbeitung eingefangen wurde. Ein Brenner ist oben auf dem Ofen angeordnet, um Wärme zur Herstellung des Glases bereitzustellen. Eine Fluor-enthaltende Spezies wird dem Tiegel zugeführt, wobei die Ofen-Temperatur auf einem Niveau gehalten wird, um die Reaktion bzw. Umsetzung der F-Spezies mit Wasser und OH im Pulver zu aktivieren. HF-Dampf bzw. -Gas strömt aus dem Ofen aus. Die Ofentemperatur wird unter kontinuierlicher Strömung der F-Spezies erhöht, um Pulver zu einem bzw. durchsichtigen Glas zu schmelzen.

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das SiO₂-Pulver dem Brenner als Trockensuspension in Sauerstoff oder einem Inertgas wie beispielsweise Stickstoff zugeführt. Das Pulver ist in einer eingeschlossenen Kammer enthalten, die am Boden ein Sieb aufweist. Stickstoffgas wird vom Boden durch das Sieb strömen gelassen und bildet einen Ruß-Strom, der durch eine Abzugsleitung zu einem Brenner geleitet wird, der das Pulver schmilzt und das Glas bildet, das in einem Becher oder Tiegel abgelagert wird, der unterhalb des Brenners angeordnet ist.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der ausführlichen Beschreibung dargelegt, die folgt und ergeben sich teilweise für den Fachmann auf dem Gebiet in einfacher Weise aus der Beschreibung oder werden durch Ausüben der Erfindung wie hierin beschrieben erkannt, einschließlich der ausführlichen Beschreibung die folgt, den Ansprüchen ebenso wie der beigefügten Zeichnungen.

Es sollte klar sein, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung, als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung lediglich für die Erfindung beispielhaft sind und dazu vorgesehen sind, einen Überblick oder ein Bezugssystem zum Verständnis der Art und des Charakters der Erfindung bereitzustellen, wie sie beansprucht ist. Die begleitenden Zeichnungen sind mit eingeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Beschreibung mit eingeschlossen und bilden einen Teil hiervon. Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien und den Betrieb der Erfindung zu erläutern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Ansicht einer Brenner-Ofen-Anordnung, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

2 ist eine schematische Ansicht einer Pulverbrenner-Zufuhranordnung, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

3 ist eine Seitenquerschnittsansicht der Brenner-Ofen-Anordnung, die das in 2 dargestellte Pulver-Zufuhr-System verwendet; und

4 ist eine schematische Seitenquerschnittsansicht einer Brenneranordnung, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Es wird nunmehr ausführlich auf die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, sind die selben Bezugsziffern in den gesamten Zeichnungen angegeben, um auf die selben oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen. Eine beispielhafte Ausführungsform der Brenner-Ofen-Anordnung, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in 1 dargestellt und wird im allgemeinen durchgehend als Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Bei Versuchen, trockenes bzw. wasserfreies, Cl-freies, fluoriertes Quarzglas für 157 nm Photomasken-Platten zu erzeugen wurde demonstriert, dass SiO₂-Glas unter Verwendung von CO-Brennstoff und entweder SiCl₄ oder OMCTS Siliziumdioxid-Vorläufern unter Verwendung eines Standard Dampfniederschlagungs- oder Direktablagerungs-Verfahrens hergestellt werden kann. Diese Gläser jedoch erfüllen nicht alle Erfordernisse für die 157 nm Photomaskenanwendung. Während SiCl₄ den Vorteil aufweist, H-frei zu sein und zur Erzeugung von trockenem (< 1 ppm OH) Glas verwendet werden kann, hat das Vorhandensein einer so großen Menge von Cl (vier Cl-Atome für jedes Si-Atom) Cl-kontaminiertes (> 100 ppm Cl) Glas zur Folge. Andererseits hat das Vorliegen von derart viel H (sechs H-Atome für jedes Si-Atom) feuchtes (> 400 ppm) Glas zur Folge, wohingegen OMCTS den Vorteil aufweist Cl-frei zu sein und dazu verwendet werden kann, Cl-freies (< 1 ppm) Glas zu erzeugen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das oben beschrieben ist, überwindet die gegenwärtigen Probleme des Stands der Technik.

Die vorliegende Erfindung ist am besten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen verständlich. Eine Vorrichtung, die zur Herstellung von hochreinem, ultratrockenem, Cl-freiem und F-dotiertem Quarzglas geeignet ist, ist in 1 dargestellt, die eine Brenner-Ofen-Anordnung 10 darstellt. Pulver oder Ruß-Vorformen aus Siliziumdioxid 12, die durch Flammenhydrolyse, Sol-Gel- oder andere Verfahren unter Verwendung von OMCTS oder anderen C1-freien Siliziumdioxid-Vorläufern wie beispielsweise Siloxanen hergestellt sind, werden in einem inerten Tragbehälter oder -Tiegel 14 angeordnet und in einem Ofen 16 angeordnet, beispielsweise einem, der in der konventionellen Quarzglasproduktion verwendet wird. Der Boden des Tiegels ist vorzugsweise porös und permeabel (nicht dargestellt) und wird unter ein Vakuum gestellt, das dazu dient, das Pulver am Ort zu halten und Gas, das in Siliziumdioxid-Pulvern oder Ruß-Vorformen während des Verfahrens eingefangen wird, zu entfernen. Ein Brenner 18 ist oben auf dem Ofen zur Wärmezufuhr befestigt, die zur Herstellung des Glases erforderlich ist. Der Brenner kann ein CO/O₂ Brenner oder ein Wärmeplasma- (Argon) Brenner sein, der keine Wasserstoffatome enthält.

F-enthaltende Gas-Spezies wie beispielsweise CF₄, C₂F₆ und SF₆ werden über einen Brenner 18 an den Behälter abgegeben, der Siliziumdioxid-Pulver oder die Ruß-Vorformen (Vorläufer) enthält. Die Ofentemperatur wird auf einem Niveau gehalten, das ausreicht, um die Umsetzung der F-Spezies mit Wasser und OH in den Pulvern oder Ruß-Vorformen zu aktivieren, jedoch keine signifikante Verdichtung der Pulver oder Vorformen verursacht. Die Temperatur kann im Bereich von ungefähr 500–1000° C sein. In diesem Stadium tritt die folgende Reaktion auf, Fluorradikale + H₂ (oder -OH) 6 HF 8 HF-Gase strömen aus dem Ofen aus. Die Trocknungszeit beträgt typischerweise 30 Minuten bis mehrere Stunden, abhängig von den Größen der Pulver- oder Ruß-Vorformen.

Nach einer ausreichenden Trocknung wird die Ofentemperatur schrittweise auf ungefähr 1800° C erhöht, unter kontinuierlicher Strömung von F-Spezies, um die Pulver- oder Ruß-Vorformen; die in dem Behälter enthalten sind, zu reinem Glas zu schmelzen.

Das obige Verfahren, das mit 400 Gramm Ruß (0,5 Gramm/ccm Dichte) beginnt, ergibt 400 Gramm Glas (2,2 Gramm/ccm Dichte) unter der Annahme, dass der gesamte Ruß während des Trocknungs- oder Erhitzungszyklus im Tiegel verbleibt. Nachdem die Ruß-Trocknungsphase abgeschlossen ist (30 bis 180 Minuten bei 500 bis 1000° C) wird die Ofentemperatur auf 1800 bis 1850° C hochgefahren und für minimal 2 Stunden gehalten, um den Ruß zu Glas zu verschmelzen. Die Temperatur könnte geringer als 1800° C sein, wenn F verwendet wird, weil F die Viskosität senkt und ein Sintern bei niedrigeren Temperaturen erlaubt.

Das unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugte Siliziumdioxid schließt Fluor (F) in einem Bereich zwischen 100 ppm bis 5 Gewichtsprozent ein. Das Siliziumdioxid schließt ebenfalls die folgenden maximalen Grenzwerte an Schlüsselelementen ein:
Cl < 5 ppm
OH < 1 ppm
Fe < 0,05 ppm
Zr < 0,05 ppm
Al < 0,5 ppm
Na < 0,5 ppm.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung verwendet SiO₂-Pulver als Siliziumdioxid-Vorläufer mit CO als Brennstoff. Die Verwendung eines solchen Cl- und H-freien Siliziumdioxid-Vorläufers in einem CO-Brenner ermöglicht die Produktion von trockenem, Cl-freiem, F-dotierten, hochreinem Quarzglas, das für die Verwendung in 157 nm Photomaskenanwendungen geeignet ist. Natürlich kann das Fluor durch Zuführen der F-enthaltenden Gas-Spezies über den Brenner 18 oder durch irgendein anderes Verfahren eingebracht werden.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unten beschrieben und ist durch das Zufuhrsystem 20 in 2 in Kombination mit eine Ofenanordnung 40, die in 3 gezeigt ist, dargestellt.

In einem geeigneten Pulverzufuhrsystem, wie in 2 dargestellt, wurden beide Enden eines 2000 ml Nalgene^TM Behälters 24 abgeschnitten und Trichter 26 und 28 wurden an beiden Enden befestigt. Eine ¼ Inch (0,635 cm) Leitung 30 wird am unteren Trichter 28 als Einlass für eine N₂-Quelle befestigt. Eine weitere ¼ Inch (0,635 cm) Leitung 32 wird am oberen Trichter 26 befestigt, um einen Dampf- bzw. Dunstabzug bereitzustellen. Ein Sieb 34 wird oben auf dem unteren Trichter installiert, um eine Siliziumdioxid-Quelle bereitzustellen. Bevor der obere Trichter 26 befestigt wird, werden ungefähr 100 Gramm Siliziumdioxid-Ruß 36 oben auf dem Sieb angeordnet. Eine Dunstabzugsleitung 32 wird dann an den D-Brenner 22 angeschlossen und 5–10 lpm N₂ werden durch die untere Leitung geströmt, das durch den Ruß „perlt" und auf Grund der kleinen Teilchengröße wird ein gewisser Teil des Rußes im N₂-Gas suspendiert und bildet daher einen Ruß-Strom, der durch die Abzugsleitung hindurchgeht und das Abzugsrohr des Brenners 22 verlässt. Es wird Bezug genommen auf die gleichzeitig anhängige US Patentanmeldung Nummer 09/101,403, die durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen ist, als ob sie vollständig in ihrer Gesamtheit beschrieben worden wäre, für eine ausführlichere Erläuterung eines D-Brenners. Diese Bedingungen ergeben eine gleichförmige Strömung des Ruß-Stroms.

Unter Bezugnahme auf 3 nimmt der Brenner 22 Einspeisungen von CO, O₂ und SiO₂ Ruß-Pulver auf, die aus dem oben in 2 beschriebenen Zufuhrsystem zugeführt werden, als „Trockensuspension" in O₂ oder einem Inertgas (beispielsweise N₂, He, Ar, etc.). CF₄ (oder irgendein anderes F-Dotierungsmittel) kann ebenfalls der Einspeisung zugesetzt werden, falls fluoriertes SiO₂ erwünscht ist. Es wurde demonstriert, dass SiO₂-Pulver einem Brenner zugespeist werden kann, indem ein Trägergas durch einen Pulverbehälter strömen gelassen wird.

Unter der Annahme einer Einfangeffizienz von ungefähr 30 % wird eine Hindurchleitung von 3333 Gramm Ruß durch den Brenner 1000 Gramm hochreines Quarzglas erzeugen. Typischerweise werden 6 Gramm SiO₂-Pulver pro Minute an den Brenner abgegeben. Man lässt den Ofen 40 2 Stunden vorheizen und 9,3 Stunden Ablagerungszeit (3333 Gramm bei 6 Gramm/Minute) werden ermöglicht, für eine Gesamtlaufzeit von etwa 11,3 Stunden. Wenn das SiO₂-Pulver, das im Stickstoff/Ruß-Strom enthalten ist, durch den Brenner passiert und in den Flammenmantel eintritt, wird es bis zu dem Punkt erhitzt, wo es sich unmittelbar, wenn es in einem vorerhitzten Behälter 42, der auf einer Drehscheiben-Basis 48 gelagert ist, abgelagert wird, zu Glas umwandeln wird.

Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist der Brenner am Ofengewölbe 44 befestigt. Der Ofen schließt weiterhin eine Ringwand 45, eine Belüftung 47 und einen Ofenrahmen 49 ein. Der Brenner wird entzündet und der Ofen wird auf zumindest 1625° C (Gewölbetemperatur) vorgeheizt (durch herkömmliche, nicht dargestellte Mittel), bevor der N₂/SiO₂-Rußstrom angestellt wird. Die endgültige Zieltemperatur für das Gewölbe beträgt 1670° C, was einer Temperatur von 1850 bis 1900° C am Boden des Behälters 42 entspricht. Bei diesen Temperaturen wird das SiO₂-Pulver sofort zu Glas schmelzen, wenn es im Behälter abgelagert bzw. niedergeschlagen wird. Wenn der Ruß fluoriert ist kann die untere Temperaturgrenze viel niedriger sein. Wenn beispielsweise der Ruß fluoriert ist kann der Temperaturbereich am Boden des Behälters 42 im Bereich zwischen 1500 bis 1900° C liegen. In einer Ausführungsform verläuft die Ruß-Niederschlagung über mehrere Stunden, um einen Glas-Boule 46 zu bilden, der 2–3 Inch (5,08 bis 7,62 cm) Dicke und 5 bis 7 inch (12,7 bis 17,78 cm) Durchmesser aufweist. Die Ruß-Zufuhr wird gestoppt und der Brenner wird heruntergefahren, wodurch das Glas abkühlen und sich verfestigen kann. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Glas-Boules mit anderen Dimensionen unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gebildet werden können.

Das unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugte Siliziumdioxid schließt Fluor (F) in einem Bereich zwischen 100 ppm bis 5 Gewichtsprozent ein. Das Siliziumdioxid schließt ebenfalls die folgenden maximalen Grenzwerte von Schlüsselelementen ein:
Cl < 5 ppm
OH < 1 ppm
Fe < 0,05 ppm
Zr < 0,05 ppm
Al < 0,5 ppm
Na < 0,5 ppm.

Während SiO₂-Pulver nicht der einzige Cl- und H-freie Siliziumdioxid-Vorläufer sein mag, der für diese Anwendung geeignet ist, weist es einen bedeutenden Vorteil auf: chemische Inertheit. Es ist deswegen ziemlich einfach und sicher Handzuhaben.

Eine geeignete Brenneranordnung für diese Anwendung sollte folgendes bereitstellen:

(i) Abgabe ungefähr der gleichen Wärme wie ein D-Brenner unter Verwendung von Methan,
(ii) sollte ungefähr ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil aufweisen, ähnlich wie demjenigen eines D-Brenners unter Verwendung von Methan, und
(iii) sollte im Ofen so installiert werden, dass feuchte Umgebungsluft ausgeschlossen wird.

Es wird Bezug genommen auf die US Anmeldung Nummer 09/101,403, die hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, als ob sie in ihrer Gesamtheit vollständig beschrieben worden wäre, für eine ausführlichere Erklärung des D-Brenners.

4 veranschaulicht die Schlüsselbestandteile einer Brenneranordnung 50, dargestellt in einer Querschnittsansicht, die zur Verwendung in der oben beschriebenen Ausführungsform geeignet ist. Diese Anordnung ist als konzentrischer Rohr-in-Rohr Brenner bekannt. Die Pfeile in der Zeichnung zeigen die Strömungsrichtung an.

Das Zentrum oder das Abzugsrohr 52 im Brenner dient dazu, einen Abzugsstrom zu transportieren, der aus dem im Trägergas (d.h. Sauerstoff oder Stickstoff) suspendierten SiO₂-Pulver besteht, das durch dieses Rohr hindurchgeleitet wird. Dotierungsmittel wie beispielsweise Fluor können ebenfalls durch dieses Rohr transportiert werden. Eine Innenabschirmung 54 stellt einen Strom bereit, der das SiO₂-Abgas von der Flamme nahe der Brenneroberfläche getrennt hält. Sauerstoff wird typischerweise als inneres Abschirmgas verwendet. Ein Vor-Mischrohr 56 trägt die Kombination aus Brennstoff (Kohlenmonoxid in diesem Fall) und Sauerstoff, das die Flamme erzeugt, wenn es verbrannt wird. Die Gase für dieses Rohr sind bereits in einem speziellen Verhältnis vermischt, bevor sie den Brenner erreichen. Ein äußeres Abschirmrohr 58 transportiert ein äußeres Abschirmgas, üblicherweise Sauerstoff, das dazu dient, die Flamme einzuschränken und diese zu formen. In Betrieb passiert das SiO₂-Pulver durch den Brenner und tritt in den Flammenmantel ein, wird bis zu dem Punkt überhitzt, an dem das Pulver sich direkt zu Glas umwandeln wird, wenn es auf dem Boden des Behälters innerhalb des Ofens niedergeschlagen wird.

Die größte Herausforderung bei der Verwendung von SiO₂-Pulver kann die notwendige Reinheit im niedergeschlagenen Glas/Ruß erreichen. Die Abwesenheit einer chemischen Reaktion zur Bildung des SiO₂ (wie es in seiner endgültigen Form geliefert wird) kombiniert mit dem Fehlen von Chlor in einem solchen Verfahren macht es schwierig, Verunreinigungen aus dem Pulver (insbesondere metallische Verunreinigungen) zu entfernen. Als Folge müssen die Ausgangsmaterialien, um die erforderliche Reinheit im endgültigen Glas zu erreichen, eine sehr hohe Reinheit aufweisen. Obwohl jedoch im Handel erhältliche Siliziumdioxid-Pulver für die vorgeschlagene Anwendung nicht rein genug sind, können die Pulver in einem vorgelagerten Schritt aufgereinigt werden. Beispielsweise kann das Siliziumdioxid-Pulver in einem Fließbett unter Strömen von Cl₂ und/oder CO bei ungefähr 1000° C gereinigt werden. Eine weitere mögliche Option besteht darin, hochreine Pulver durch CVD oder andere Mittel zu verwenden.

Um die erforderliche Reinheit im endgültigen Glas zu erzielen müssen die Ausgangsmaterialien eine sehr hohe Reinheit aufweisen. Für Photomasken-Glas, das bei 157 nm eine 99 %ige Transmission erreichen soll, ist < 0,05 ppm (Gewicht) Fe und Zr und < 0,5 ppm (Gewicht) Al und Na erforderlich. Für die vorgeschlagene Anwendung können die Pulver, wenn die anfänglichen Verunreinigungen nicht gering genug sind, gereinigt und in einem vorgelagerten Schritt getrocknet werden. Beispielsweise kann das Siliziumdioxid-Pulver in einem Fließbett unter Strömen von Cl₂ und/oder CO bei 1000° C behandelt werden. Wenn Cl₂ verwendet wird wäre ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich, um Cl₂ aus dem Pulver nach dem Aufreinigungs-/Trocknungsschritt abzuführen. Dies würde eine zweite Behandlung mit einem trockenen Gas, wie beispielsweise Helium, mit einschließen.

Die Pulvereigenschaften wie beispielsweise Größe, Größenverteilung, Morphologie und Gehalt an Verunreinigungen beeinflusst die physikalische und optische Qualität des entgültigen Glasproduktes.

Es existieren viele mögliche Konfigurationen für das Pulverzufuhrsystem. So lange der Output ein fluidifizierter Strom von Pulver ist, sind die Einzelheiten des physikalischen Systems nicht entscheidend.

Es wird für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bezüglich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung diese Modifikationen und Variationen dieser Erfindung mit abdeckt, vorausgesetzt, dass sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims

Verfahren zur Bildung eines ultratrockenen, Cl-freien, F-dotierten Quarzglases, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Glasvorläufers in Form eines Siliziumdioxid-Pulvers oder Ruß-Vorform; und Erhitzen des Pulvers in einem Ofen, während das Pulver einer F-Spezies bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, um das Pulver zu schmelzen und ein hochreines Quarzglas im unteren Teil des Ofens zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas Fluor (F) im Bereich zwischen 100 ppm bis 5 Gewichtsprozent einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas maximale Grenzwerte für die nachfolgenden Schlüsselelemente einschließt: Cl < 5 ppm OH < 1 ppm Fe < 0,05 ppm Zr < 0,05 ppm Al < 0,5 ppm Na < 0,5 ppm.
Verfahren zur Bildung eines ultratrockenen, Cl-freien, F-dotierten Quarzglases, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Glasvorläufers in Form eines Siliziumdioxid-Pulvers oder Ruß-Vorform; und Ausbilden einer Trockensuspension des Pulvers in einem Trägergas zur Bildung eines Pulver-Ruß-Stromes und Zuführen des Pulvers zu einem Brenner, der das Pulver schmilzt, um das Glas zu bilden, wobei der Pulver-Ruß-Strom über den Brenner einer F-Spezies ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas Fluor (F) im Bereich zwischen 100 ppm bis 5 Gewichtsprozent einschließt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas maximale Grenzwerte für die nachfolgenden Schlüsselelemente einschließt: Cl < 5 ppm OH < 1 ppm Fe < 0,05 ppm Zr < 0,05 ppm Al < 0,5 ppm Na < 0,5 ppm.
Ultratrockener, Cl-freier, F-dotierter Quarzglasartikel, der durch das Verfahren nach Anspruch 4 hergestellt ist.
Verfahren zur Bildung eines ultratrockenen, Cl-freien, F-dotierten Quarzglases, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Vorläufers in Form eines Siliziumdioxid-Pulvers oder einer Ruß-Vorform, die durch Flammenhydrolyse oder Sol-Gel hergestellt wurden, unter Verwendung Cl-freier Vorläufer wie beispielsweise von Siloxanen; und Erhitzen des Pulvers im unteren Teil des Ofens, während das Pulver gegenüber einer F-Spezies bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, das Pulver zu schmelzen und ein hochreines Quarzglas im unteren Teil des Ofens zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das ultrareine, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas Fluor (F) im Bereich zwischen 100 ppm bis 5 Gewichtsprozent einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas maximale Grenzwerte für die nachfolgenden Schlüsselelemente einschließt: Cl < 5 ppm OH < 1 ppm Fe < 0,05 ppm Zr < 0,05 ppm Al < 0,5 ppm Na < 0,5 ppm.
Ultratrockener, Cl-freier, F-dotierter Quarzglasartikel, der durch irgendeines der Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder 10 hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das ultratrockene, Cl-freie, F-dotierte Quarzglas maximale Grenzwerte für die folgenden Schlüsselelemente einschließt: Cl < 5 ppm OH < 1 ppm Fe < 0,05 ppm Zr < 0,05 ppm Al < 0,5 ppm Na < 0,5 ppm.