DE112005003341T5 - Synthetic silica with low polarization-induced birefringence, process for producing the same and lithographic apparatus comprising the same - Google Patents
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Abstract
Synthetisches Siliziumdioxidglasmaterial, welches geeignet ist, im Strahlengang lithografischer Strahlung unter etwa 300 nm in Lithografiegeräten benutzt zu werden, und welches weniger als 1 nm/cm an polarisationsinduzierter Doppelbrechung, gemessen bei etwa 633 nm, aufweist, nachdem es 5 × 109 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm ausgesetzt worden ist, der eine Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und eine Impulslänge von etwa 25 ns aufweist.Synthetic silica glass material suitable to be used in the beam path of lithographic radiation below about 300 nm in lithography apparatus and having less than 1 nm / cm of polarization-induced birefringence measured at about 633 nm after having 5 × 10 9 pulses of a linear polarized pulsed laser beam has been exposed at about 193 nm, which has a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of about 25 ns.
Description
Fachgebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft synthetisches Siliziumdioxidmaterial, den Prozess zur Herstellung selbigen Materials und optische Systeme, welche optische Glieder, die aus derartigem Material gefertigt sind, enthalten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung synthetisches Siliziumdioxidmaterial, welches eine niedrige polarisationsinduzierte Doppelbrechung aufweist, wenn es elliptisch oder linear polarisierter UV-Strahlung ausgesetzt wird, und das Verfahren zur Herstellung selbigen Materials sowie optische Systeme, welche optische Glieder, die aus derartigem Material gefertigt sind, enthalten. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise bei der Herstellung von synthetischem Glasmaterial aus Siliziumdioxid für den Einsatz in UV-Lithografiesystemen, insbesondere den Immersionslithografiesystemen, in denen linear polarisierte Strahlung eingesetzt wird, von Nutzen.The The present invention relates to synthetic silica material, the process of producing the same material and optical systems which optical members made of such material. In particular, the present invention relates to synthetic silica material, which has a low polarization-induced birefringence, when exposed to elliptical or linearly polarized UV radiation is, and the process for producing selbigen material as well optical systems, which are optical members made of such material are made, included. The present invention is, for example in the production of synthetic glass material of silicon dioxide for the Use in UV lithography systems, in particular the immersion lithography systems, in which linearly polarized radiation is used, of use.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the technology
Wie es für kommerzielle Belange allgemeine Praxis ist, werden optische Glieder aus geschmolzenem Siliziumdioxid wie beispielsweise Linsen, Prismen, Filter, Fotomasken, Reflektoren, Etalonplatten und optische Fenster aus Rohteilen unspezifischer Form aus geschmolzenem Siliziumdioxid gefertigt, die in großen Produktionsöfen hergestellt werden.As it for commercial concerns is common practice, become optical links of fused silica such as lenses, prisms, Filters, photomasks, reflectors, etalon plates and optical windows from unmounted blanks of molten silica made in big ones production furnaces getting produced.
Derartige unspezifisch geformte Rohteile, die in großen Produktionsöfen hergestellt werden, sind auf dem Fachgebiet als Vorformen oder Rohlinge bekannt. Aus diesen Vorformen oder Rohlingen werden Formlinge geschnitten, und aus derartigen Glasformlingen werden die optischen Fertigteile hergestellt, wobei Fertigungsschritte zur Anwendung gelangen, zu denen das Schneiden, das Polieren und/oder das Beschichten von Glasteilen aus einem Formling gehören, ohne darauf beschränkt zu sein. Viele von diesen optischen Gliedern werden in vielgestaltigen Apparaten verwendet, die in Umgebungen zum Einsatz gelangen, wo sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, welches eine Wellenlänge von ungefähr 360 nm oder darunter hat, beispielsweise einem Excimerlaserstrahl oder einem anderen ultravioletten Laserstrahl. Die optischen Glieder werden in eine Vielfalt von Instrumenten eingebaut, darunter lithografischen Laserbelichtungsausrüstungen zur Herstellung von hoch integrierten Schaltkreisen, Laserfertigungsausrüstungen, medizinischen Ausrüstungen, Ausrüstungen für die Kernfusion oder einigen weiteren Apparate, bei denen ein ultravioletter Laserstrahl hoher Leistung zum Einsatz gelangt.such Non-specific shaped blanks produced in large production furnaces are known in the art as preforms or blanks. From these preforms or blanks moldings are cut, and from such glass moldings are the optical finished parts produced using manufacturing steps apply to cutting, polishing and / or coating of glass parts belonging to a molding, without limitation to be. Many of these optical members are made in many forms Appliances used in environments where used they are exposed to ultraviolet light having a wavelength of approximately 360 nm or less, for example, an excimer laser beam or another ultraviolet laser beam. The optical links are incorporated into a variety of instruments, including lithographic ones Laser exposure equipment for Production of highly integrated circuits, laser manufacturing equipment, medical equipment, equipment for the Nuclear fusion or some other apparatus, where an ultraviolet laser beam high power is used.
Da die Photonenenergie, die Impulsenergie und die Impulsrate von Laser zunehmen, werden die optischen Glieder, die in Verbindung mit solchen Laser verwendet werden, erhöhten Energieniveaus ausgesetzt. Geschmolzenes Siliziumdioxid hat infolge seiner ausgezeichneten optischen Eigenschaften und seiner Beständigkeit gegenüber laserinduzierten Schädigungen breite Anwendung gefunden als das Material der Wahl für optische Glieder in denjenigen optischen Systemen, die auf Lasergrundlage arbeiten.There the photon energy, the pulse energy and the pulse rate of laser increase, the optical links associated with such Lasers used increased Exposed to energy levels. Melted silica has due its excellent optical properties and durability across from laser-induced damage Widely used as the material of choice for optical applications Limbs in those laser-based optical systems work.
Die Lasertechnologie ist in den ultravioletten Spektralbereich mit kurzer Wellenlänge und hoher Energie vorgedrungen, wobei die Auswirkung davon in einer Erhöhung der Frequenz (Verkürzung der Wellenlänge) des von den Laser erzeugten Lichts besteht. Von besonderem Interesse sind kurzwellige Laser, die in den Wellenlängenbereichen des UV, des tiefen UV (DUV) und des Vakuum-UV arbeiten, wozu Laser gehören, die bei ungefähr 248 nm, 193 nm, 157 nm und noch kürzeren Wellenlängen arbeiten, ohne auf diese beschränkt zu sein. Excimerlasersysteme sind bei mikrolithografischen Anwendungen beliebt, und die immer kürzeren Wellenlängen ermöglichen eine erhöhte Auflösung von Merkmalen und folglich der Liniendichten bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen und Mikrochips, was die Herstellung von Schaltkreisen ermöglicht, die stark verkleinerte Merkmalsabmessungen aufweisen. Eine direkte physikalische Folge von kürzeren Wellenlängen (höheren Frequenzen) sind höhere Photonenenergien. In solchen optischen Systemen werden die optischen Glieder aus geschmolzenem Siliziumdioxid über längere Zeitspannen hohen Strahlungspegeln ausgesetzt, und dies kann zu einem Qualitätsverlust der optischen Eigenschaften dieser optischen Glieder führen.The Laser technology is short in the ultraviolet spectral range wavelength and high energy penetrated, the impact of which in one increase the frequency (shortening the wavelength) consists of the light generated by the laser. Of special interest are shortwave lasers that are in the wavelength ranges of the UV, the deep UV (DUV) and vacuum UV work, which includes lasers that at about 248 nm, 193 nm, 157 nm and even shorter wavelengths work, without limited to these to be. Excimer laser systems are in microlithographic applications popular, and the ever shorter wavelength enable an increased resolution features and, consequently, line densities in manufacture of integrated circuits and microchips, leading the production of circuits, have the greatly reduced feature dimensions. A direct one physical sequence of shorter ones wavelength (higher Frequencies) are higher Photon energies. In such optical systems, the optical Molten silica fused over longer periods of high radiation levels exposed, and this may lead to a loss of quality of optical properties lead these optical elements.
Bekanntlich beeinflusst ein derartiger laserinduzierter Qualitätsverlust nachteilig die optischen Eigenschaften der optischen Glieder aus geschmolzenem Siliziumdioxid durch Abnahme der Werte für die Lichttransmission, durch die Verfärbung des Glases, durch die Veränderung des Brechungsindex, durch die Veränderung der Dichte und die Erhöhung der Absorptionswerte des Glases. Über die Jahre hinweg sind viele Verfahren zur Verbesserung der Beständigkeit von geschmolzenem Siliziumdioxidglas gegenüber optischen Schädigungen vorgeschlagen worden. Es ist allgemein bekannt, dass geschmolzenes Siliziumdioxid hoher Reinheit, das durch solche Verfahren wie Flammenhydrolyse, CVD-Rußaufschmelzverfahren, Plasma-CVD-Verfahren, elektrisches Schmelzen von Quarzkristallpulver und anderen Methoden hergestellt worden ist, zu einem unterschiedlichen Grad der Laserschädigung unterliegt.generally known influences such a laser-induced loss of quality adversely affects the optical properties of the optical members fused silica by decreasing the values of light transmission, by the discoloration of the Glass, through the change the refractive index, the change in density and the increase the absorption values of the glass. There are many over the years Process for improving the resistance of molten Silica glass opposite optical damage been proposed. It is well known that molten High purity silica produced by such processes as flame hydrolysis, CVD soot reflow, Plasma CVD method, electric melting of quartz crystal powder and other methods has been made to a different one Degree of laser damage is subject.
Ein
allgemeiner Vorschlag besteht darin, den OH-Gehalt von solchem Glas
auf einen hohen Wert zu bringen. Beispielsweise bestätigt
Im
Andere
haben auch Verfahren zur Erhöhung der
optischen Beständigkeit
von geschmolzenem Siliziumdioxid vorgeschlagen. Beispielsweise haben
Kürzlich wurde
im
In
jüngster
Zeit wurde in dem an Araujo et al. erteilten
Es wird berichtet, dass, wenn Siliziumdioxidglas einem unpolarisierten oder einem zirkularpolarisierten UV-Laserstrahl ausgesetzt wird, gewöhnlich im Bereich der Peripherie des der Exposition dienenden Lichtstrahls eine zusätzliche Doppelbrechung (induzierte Rand-Doppelbrechung) infolge von Verformungserscheinungen erzeugt wird, die durch die Laserschädigung verursacht wird, aber im Mittenbereich des Lichtstrahls gewöhnlich eine vernachlässigbare induzierte Doppelbrechung vorliegt. Kürzlich ist eine neue Erscheinung der Laserschädigung an Siliziumdioxidmaterial beobachtet worden: wenn das Siliziumdioxidglas einem linear polarisierten Laserstrahl im tiefen UV exponiert wird, dann wird zusätzlich zur induzierten Rand-Doppelbrechung eine zusätzliche Doppelbrechung in der Mitte des exponierten Bereichs des Glases induziert („polarisationsindizierte Doppelbrechung"). Diese induzierte Doppelbrechung, insbesondere die polarisationsinduzierte Doppelbrechung, ist für diejenigen Immersionslithografiesysteme von besonderer Bedeutung, wo eine Flüssigkeit die Lücke zwischen dem letzten Linsenelement und dem Wafer ausfüllt, um die numerische Apertur des Linsensystems zu vergrößern. Bei derartigen Immersionslithografiesystemen muss der Polarisationsstatus der UV-Strahlung unter Kontrolle gehalten werden, möglichst lineare Polarisation. Die induzierte Doppelbrechung im Glas verändert den Polarisationsstatus der UV-Strahlung, wodurch eine Herabsetzung des Phasenkontrasts und des Auflösungsvermögens des Systems hervorgerufen wird. Daher ist es für Immersionslithografiesysteme im tiefen UV und im Vakuum-UV sehr erwünscht, dass das Glasmaterial, welches zur Herstellung der Linsenelemente benutzt wird, zusätzlich zu einer niedrigen laserinduzierten Wellenfrontstörung („LIWFD") und einer hohen Transmission eine geringe Schädigung durch induzierte Doppelbrechung, insbesondere eine niedrige polarisationsinduzierte Doppelbrechung aufweist, wenn sie linear oder elliptisch polarisierter UV-Strahlung ausgesetzt werdenIt is reported that when silica glass is exposed to an unpolarized or circularly polarized UV laser beam, additional birefringence (induced edge birefringence) due to deformation phenomena caused by the laser damage is usually generated around the periphery of the exposure light beam but in the central region of the light beam there is usually negligible induced birefringence. Recently, a new phenomenon of laser damage to silica material has been observed: when the silica glass is exposed to a linearly polarized laser beam in deep UV, additional birefringence is induced in the middle of the exposed portion of the glass in addition to the induced edge birefringence ("polarization indi This induced birefringence, particularly polarization-induced birefringence, is of particular importance for those immersion lithography systems where a liquid fills the gap between the last lens element and the wafer to increase the numerical aperture of the lens system The induced birefringence in the glass alters the polarization state of the UV radiation, causing a reduction in the phase contrast and resolution of the system, thus making it suitable for immersion lithography systems in deep UV and UV Vacuum UV is very desirable in that the glass material used to fabricate the lens elements, in addition to low laser induced wavefront interference (" LIWFD ") and high transmission, has low damage Induced birefringence, in particular low birefringence-induced birefringence, when exposed to linear or elliptically polarized UV radiation
Folglich besteht Bedarf an einem synthetischen Siliziumdioxidmaterial, welches einen niedrigen Grad an polarisationsinduzierter Doppelbrechung aufweist, sowie an einem Verfahren zur Herstellung eines solchen. Die vorliegende Erfindung bringt hierfür Abhilfe.consequently There is a need for a synthetic silica material which a low degree of polarization-induced birefringence and to a method for producing such. The present invention provides a remedy for this.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein synthetisches Siliziumdioxidglasmaterial vorgestellt, welches geeignet ist, in der Fotolithografie unter etwa 300 nm eingesetzt zu werden, und welches eine bei etwa 633 nm gemessene polarisationsinduzierte Doppelbrechung von weniger als etwa 1 nm/cm, vorteilhafterweise von weniger als 0,4 nm/cm, stärker vorzuziehen von weniger als etwa 0,1 nm/cm aufweist, nachdem es 5 × 109, vorzugsweise 1 × 1010 und stärker vorzuziehen 2 × 1010 und noch stärker vorzuziehen 5 × 1010 und am stärksten vorzuziehen 1 × 1011 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei ungefähr 193 nm mit einer Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden ist. In gewissen Ausführungsformen weist das synthetische Siliziumglasmaterial der vorliegenden Erfindung weniger als 0,04 nm/cm an polarisationsinduzierter Doppelbrechung auf, gemessen bei etwa 633 nm, nachdem es 2 × 1010 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm mit einer Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–1 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden ist. In manchen anderen Ausführungsform weist das synthetische Siliziumglasmaterial der vorliegenden Erfindung einen bei 633 nm gemessenen Wert der polarisationsinduzierten Doppelbrechung auf, der kleiner als 1 nm/cm, vorteilhafterweise kleiner als 0,4 nm/cm, stärker vorzuziehen kleiner als 0,1 nm/cm ist, nachdem es 5 × 109 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm mit einer mit einer Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden ist, der aber höher als etwa 0,01 nm/cm (in manchen Ausführungsformen höher als etwa 0,04 nm/cm) ist, nachdem es 2 × 1010 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm mit einer Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden ist. Wenn das Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung einer linear polarisierten gepulsten UV-Laserbestrahlung ausgesetzt wird, dann hat dieses Material vorteilhafterweise eine polarisationsinduzierte Doppelbrechung (PIB), die annähernd linear von der Anzahl (N) und der Fluenz (F) der Impulse bei einer gegebenen Impulslänge abhängt, bevor eine Sättigung der polarisationsinduzierten Doppelbrechung eintritt.According to a first aspect of the present invention, there is provided a synthetic silica glass material which is suitable for use in photolithography below about 300 nm and which has a polarization-induced birefringence of less than about 1 nm / cm, advantageously less, measured at about 633 nm as 0.4 nm / cm, more preferably less than about 0.1 nm / cm, after being 5 x 10 9 , preferably 1 x 10 10, and more preferably 2 x 10 10, and even more preferably 5 x 10 10 and Most preferably, 1 × 10 11 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam have been exposed at approximately 193 nm with a fluence of approximately 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of approximately 25 ns. In certain embodiments, the synthetic silica glass material of the present invention has less than 0.04 nm / cm of polarization-induced birefringence, measured at about 633 nm, after having 2 x 10 10 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with a fluence of approximately 40 μJ · cm -1 per pulse and a pulse length of about 25 ns has been exposed. In some other embodiments, the synthetic silica glass material of the present invention has a polarization-induced birefringence value measured at 633 nm, which is less than 1 nm / cm, advantageously less than 0.4 nm / cm, more preferably less than 0.1 nm / cm after being exposed to 5 × 10 9 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with one having a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of about 25 ns, but higher than about zero , 01 nm / cm (in some embodiments, higher than about 0.04 nm / cm) after having 2 x 10 10 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and has been exposed to a pulse length of about 25 ns. When the silica glass material of the present invention is exposed to a linearly polarized pulsed UV laser irradiation, this material advantageously has a polarization induced birefringence (PIB) approaching linearly of the number (N) and fluence (F). the pulse depends on a given pulse length before saturation of the polarization-induced birefringence occurs.
Somit wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Eefindung ein synthetisches Siliziumdioxidmaterial vorgestellt, welches eine polarisationsinduzierte Doppelbrechung (PIB) aufweist, die von der Anzahl (N) und der Fluenz (F) der Impulse bei einer gegebenen Impulslänge vor einer Sättigung der polarisationsinduzierten Doppelbrechung annähernd linear abhängt, d. h. PIB(M) = α·N·F, wobei PIB(M) die bei ungefähr 633 nm gemessene polarisationsinduzierte Doppelbrechung ist, N ist die Impulszahl in Million, und F ist die Fluenz des Laserlichtstrahls, und α ist eine Konstante. Wenn der Laserimpuls eine Wellenlänge von annähernd 193 nm und eine Impulslänge von etwa 25 ns aufweist, dann ist die Konstante α des Siliziumdioxidglasmaterials der vorliegenden Erfindung, gemessen bei etwa 633 nm, vorzugsweise kleiner als etwa 5 × 10–7 cm2·uJ–1, stärker vorzuziehen kleiner als etwa 2,5 × 10–7 cm2·μJ–1, noch stärker vorzuziehen kleiner als etwa 1,25 × 10–7 cm2·μJ–1 und am stärksten vorzuziehen kleiner als etwa 5 × 10–8 cm2·μJ–1.Thus, according to a second aspect of the present invention, there is provided a synthetic silica material having a polarization-induced birefringence (PIB) which is approximately linear in number (N) and fluence (F) for a given pulse length before saturation of the polarization-induced birefringence where PIB (M) is the polarization-induced birefringence measured at approximately 633 nm, N is the number of pulses per million, and F is the fluence of the laser light beam, and α is a constant. When the laser pulse has a wavelength of approximately 193 nm and a pulse length of approximately 25 ns, the constant α of the silica glass material of the present invention, measured at approximately 633 nm, is preferably less than approximately 5 × 10 -7 cm 2 · μJ -1 , more preferable less than about 2.5 x 10 -7 cm 2 · microjoules -1, even more preferable less than about 1.25 x 10 -7 cm 2 · microjoules -1, and most preferable less than about 5 x 10 - 8 cm 2 · μJ -1 .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Siliziumdioxidglas vorgestellt, welches, wenn es einem Excimerlaser bei ungefähr 193 nm ausgesetzt wird, gemessen bei ungefähr 633 nm, eine normierte PIB („PIB(N)” – siehe spätere Definition) von weniger als 10, vorteilhafterweise von weniger als 8, stärker vorzuziehen von weniger als 5 und am stärksten vorzuziehen von weniger als 2 aufweist.According to one Another aspect of the present invention is a silica glass which, when exposed to an excimer laser at about 193 nm At about 633 nm, a normalized PIB is exposed ("PIB (N)" - see later definition) less than 10, advantageously less than 8, is more preferable less than 5 and strongest preferable to have less than 2.
Vorzugsweise weist das Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung eine OH-Konzentration von weniger als etwa 500 Gew.-ppm, vorzugsweise von weniger als 300 Gew.-ppm, stärker vorzuziehen von weniger als 100 Gew.-ppm, noch stärker vorzuziehen von weniger als 50 Gew.-ppm und am stärksten vorzuziehen von weniger als 20 Gew.-ppm auf.Preferably includes the silica glass material of the present invention an OH concentration of less than about 500 ppm by weight, preferably less than 300 ppm by weight, more preferable less than 100 ppm by weight, more preferably less than 50 ppm by weight and the strongest preferably less than 20 ppm by weight.
Vorzugsweise weist das Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung, bevor es einer linear polarisierten UV-Strahlung ausgesetzt wird, eine bei etwa 633 nm gemessene anfängliche Doppelbrechung von weniger als 5 nm/cm, stärker vorzuziehen von weniger als 1 nm/cm, noch stärker vorzuziehen von weniger als etwa 0,5 nm/cm und am stärksten vorzuziehen von weniger als etwa 0,1 nm/cm auf.Preferably comprises the silica glass material of the present invention, before being exposed to linearly polarized UV radiation, a initial measured at about 633 nm Birefringence of less than 5 nm / cm, more preferable of less than 1 nm / cm, even stronger preferably less than about 0.5 nm / cm, and most preferably less than about 0.1 nm / cm.
Vorzugsweise weist das Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung eine bei etwa 633 nm gemessene induzierte Rand-Doppelbrechung von weniger als etwa 0,5 nm/cm, vorzugsweise von weniger al 0,1 nm/cm auf, nachdem es 5 × 1010, vorzugsweise 1 × 1011, stärker vorzuziehen 2 × 1011 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm mit einer Fluenz von ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden istPreferably, the silica glass material of the present invention has an induced edge birefringence measured at about 633 nm of less than about 0.5 nm / cm, preferably less than 0.1 nm / cm, after being 5 x 10 10 , preferably 1 x 10 11 , more preferably 2 × 10 11 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of about 25 ns has been exposed
Vorzugsweise enthält das synthetische Siliziumdioxidglas der vorliegenden Erfindung weniger als 50 ppm an Cl.Preferably contains the synthetic silica glass of the present invention less than 50 ppm of Cl.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Siliziumdioxidglasmaterials vorgestellt, welches geeignet ist, in der Fotolithografie unter etwa 300 nm eingesetzt zu werden, und welches einen niedrigen Grad an polarisationsinduzierter Doppelbrechung aufweist, nachdem es einer linear polarisierten Strahlung bei etwa 193 nm ausgesetzt worden ist, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- (i) Bereitstellung eines verfestigten synthetischen Siliziumdioxidglasmaterials hoher Reinheit, welches eine OH-Konzentration von weniger als etwa 500 Gew.-ppm, vorzugsweise von weniger als 300 Gew.-ppm, stärker vorzuziehen von weniger als 100 Gew.-ppm, noch stärker vorzuziehen von weniger als 50 Gew.-ppm und am stärksten vorzuziehen von weniger als 20 Gew.-ppm aufweist, und
- (ii) Behandlung des verfestigten synthetischen Siliziumdioxidglases in Gegenwart von H2 bei einer Temperatur unter 800 °C, vorzugsweise über etwa 300 °C, stärker vorzuziehen bei etwa 500 °C wenigstens dann, wenn das unmittelbar nach Schritt (i) erhaltene verfestigte Glas eine H2-Konzentration von weniger als 1 × 1016 Molekülen/cm3 aufweist.
- (i) providing a consolidated high purity synthetic silica glass material which is even more preferable to have an OH concentration of less than about 500 ppm by weight, preferably less than 300 ppm by weight, more preferably less than 100 ppm by weight of less than 50 ppm by weight, and most preferably less than 20 ppm by weight, and
- (ii) treating the consolidated synthetic silica glass in the presence of H 2 at a temperature below 800 ° C, preferably above about 300 ° C, more preferably at about 500 ° C at least when the solidified glass obtained immediately after step (i) has a solidified glass H 2 concentration of less than 1 × 10 16 molecules / cm 3 .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung wird im Schritt (i) das verfestigte synthetische Siliziumdioxidglasmaterial hoher Reinheit durch Anwendung eines Ruß-zu-Glas-Prozesses gebildetAccording to one preferred embodiment of Process of the present invention is solidified in step (i) High purity synthetic silica glass material by application a soot-to-glass process educated
In einer bevorzugten Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (i) die folgenden Schritte:
- (A) Bildung einer Vorform aus Siliziumdioxidruß;
- (B) Trocknen der Vorform aus Siliziumdioxidruß mit einem Trocknungsmittel; und
- (C) Verfestigung der Vorform aus Siliziumdioxidruß in Gegenwart einer Atmosphäre, welche H2O mit einem gesteuerten Partialdruck enthält.
- (A) formation of a silica soot preform;
- (B) drying the silica soot preform with a desiccant; and
- (C) solidification of the silica soot preform in the presence of an atmosphere containing H2O at a controlled partial pressure.
Im Schritt (B) wird vorzugsweise das Trocknungsmittel ausgewählt aus F2, Cl2, Br2, halogenhaltigen Verbindungen, CO, CO2 und kompatiblen Gemischen daraus. Vorzugsweise ist unmittelbar nach dem Trocknen im Schritt (B) die OH-Konzentration in der Ruß-Vorform geringer als etwa 0,1 Gew.-ppm. Vorzugsweise ist unmittelbar nach Schritt (C) die OH-Konzentration in dem verfestigten Glas geringer oder gleich 150 Gew.-ppm. In einer Ausführungsform dieses Prozesses enthält im Schritt (C) die Atmosphäre, in welcher die Ruß-Vorform verfestigt wird, außerdem O2. In einer anderen Ausführungsform dieses Prozesses enthält im Schritt (C) die Atmosphäre, in welcher die Ruß-Vorform verfestigt wird, außerdem H2.In step (B), the desiccant is preferably selected from F 2 , Cl 2 , Br 2 , halogen-containing compounds, CO, CO 2 and compatible mixtures thereof. Preferably, immediately after drying in step (B), the OH concentration in the carbon black preform is less than about 0.1 ppm by weight. Preferably, immediately after step (C), the OH concentration in the solidified glass is less than or equal to 150 ppm by weight. In one embodiment of this process, in step (C), the atmosphere in which the carbon black preform is solidified also contains O 2 . In another embodiment of this process, in step (C), the atmosphere in which the carbon black preform is solidified also includes H 2 .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (i) die folgenden Schritte:
- (A1) Bildung einer Vorform aus Siliziumdioxidruß; und
- (B1) Trocknen der Vorform aus Siliziumdioxidruß mit einem trockenen Inertgas bei erhöhter Temperatur bis zu einer OH-Konzentration von über etwa 20 Gew.-ppm.
- (A1) formation of a silica soot preform; and
- (B1) drying the silica soot preform with a dry inert gas at elevated temperature to an OH concentration of greater than about 20 ppm by weight.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung weist vor dem Schritt (ii) das verfestigte Glas eine H2-Konzentration von weniger als oder gleich etwa 1 × 1016 Molekülen pro cm3 auf.According to another preferred embodiment of the process of the present invention, prior to step (ii), the solidified glass has an H 2 concentration of less than or equal to about 1 x 10 16 molecules per cm 3 .
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Immersionslithografiesystem vorgestellt, welches mindestens ein der UV-Strahlung ausgesetztes Linsenteil aufweist, welches aus dem Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung, wie es weiter oben ganz allgemein beschrieben worden ist, gefertigt worden ist. Die in dem Lithografiesystem benutzte lithografische Strahlung ist vorzugsweise elliptisch oder linear polarisiert, stärker vorzuziehen ist linear polarisierte Strahlung. Die lithografische Strahlung hat vorzugsweise eine Wellenlänge von etwa 248 nm oder 193 nm.According to one third aspect of the present invention, an immersion lithography system is presented, which at least one of the UV radiation exposed lens part which consists of the silica glass material of the present Invention, as has been generally described above is, has been manufactured. The one used in the lithography system Lithographic radiation is preferably elliptical or linear polarized, more preferable is linearly polarized radiation. The lithographic radiation preferably has a wavelength of about 248 nm or 193 nm.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der ausführlichen Beschreibung, die nun folgt, dargestellt, und die Fachleuten auf diesem Gebiet werden diese aus der Beschreibung oder durch die praktische Ausführung der Erfindung, wie sie in der Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen beschrieben ist, sowie den beigefügten Zeichnungen schnell erkennenFurther Features and advantages of the invention will be found in the detailed Description that follows, and the professionals on In this area, these are taken from the description or by the practical execution of the invention as described in the specification and the appended claims is, as well as the attached Recognize drawings quickly
Dies ist so zu verstehen, dass die vorausgehende allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung lediglich eine beispielhafte Darstellung der Erfindung sind und dazu dienen sollen, einen Überblick oder Rahmen für das Verständnis der Natur und des Charakters der Erfindung zu vermitteln, auf deren Schutz Anspruch erhoben wird.This is to be understood that the preceding general description and the following detailed Description is merely an exemplary illustration of the invention and are intended to provide an overview or framework for understanding Nature and the character of the invention to convey, on whose Protection claim is made.
Der begleitende Zeichnungssatz, der in diese Beschreibung eingefügt ist und einen Bestandteil derselben bildet, soll das Verstehen der Erfindung weiter erleichtern. Kurze Beschreibung der ZeichnungenOf the accompanying drawing set, which is incorporated in this description and forms part of the same, the understanding of the invention should be further facilitate. Brief description of the drawings
Im begleitenden Zeichnungssatz sind:in the accompanying drawing set are:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Der Ausdruck „polarisationsinduzierte Doppelbrechung", wie er in diesem Dokument benutzt wird, bedeutet den Spitzenwert des Pegels der im mittleren Bereich der gleichförmig exponierten Fläche des Glases gemessenen Doppelbrechung nach einem gewissen Zeitintervall oder Laserimpulsen, falls ein gepulster Laserstrahl benutzt wird, abzüglich der anfänglichen Doppelbrechung des Glases vor der Exposition. In der vorliegenden Anmeldung wird, wenn das Glas exponiert wird, um den Wert der polarisationsinduzierten Doppelbrechung des Siliziumdioxidglases zu quantifizieren, ein linear polarisierter gepulster Laserstrahl bei annähernd 193 nm mit ungefähr 3 mm Durchmesser und einer gegebenen Fluenz und einer gegebenen Impulslänge auf eine festgelegte Fläche der Glasplatte gerichtet. Die Doppelbrechung im Mittenbereich der exponierten Fläche wird nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen gemessen. Der Wert der polarisationsinduzierten Doppelbrechung wird berechnet, indem von der gemessenen Mitten-Doppelbrechung die anfängliche Doppelbrechung des Glases subtrahiert wird.Of the Expression "polarization-induced Birefringence " as used in this document means the peak the level of the in the middle region of the uniformly exposed surface of the Glass's measured birefringence after a certain time interval or laser pulses, if a pulsed laser beam is used, minus the initial Birefringence of the glass before exposure. In the present Registration will, when the glass is exposed, increase the value of polarization-induced Birefringence of the silica glass to quantify a linear polarized pulsed laser beam at approximately 193 nm at approximately 3 mm Diameter and a given fluence and pulse length a fixed area directed to the glass plate. The birefringence in the middle of the exposed area becomes measured after a certain number of pulses. The value of polarization-induced birefringence is calculated by the measured center birefringence the initial birefringence of the Glass is subtracted.
Der Ausdruck „induzierte Rand-Doppelbrechung", wie er in diesem Dokument benutzt wird, bedeutet den Spitzenwert des Pegels der gemessenen Doppelbrechung im Peripheriebereich außerhalb der exponierten Fläche des Glases, aber an diese anstoßend (d. h. die Fläche direkt an der Öffnung, wo die Lichtintensität vom Nennwert auf Null abfällt), nach einem gewissen Zeitintervall oder einer gewissen Anzahl Laserimpulsen, falls ein gepulster Laserstrahl benutzt wird, abzüglich der anfänglichen Doppelbrechung des Glases vor der Exposition. Im vorliegenden Anwendungsfall wird die induzierte Rand-Doppelbrechung des Siliziumdioxidglases gemessen, nachdem ein linear polarisierter gepulster Laserstrahl bei annähernd 193 nm mit ungefähr 3 mm Durchmesser und einer gegebenen Fluenz und einer gegebenen Impulslänge auf eine festgelegte Fläche der Glasplatte über eine gewisse Zeitspanne oder einer gegebenen Anzahl von Impulsen gerichtet worden ist. Der Wert der induzierten Rand-Doppelbrechung wird berechnet, indem vom Spitzenwert der im Peripheriebereich gemessenen Doppelbrechung die anfängliche Doppelbrechung des Glases subtrahiert wird.Of the Expression "induced Edge birefringence " as used in this document means the peak the level of measured birefringence in the periphery outside the exposed area of the glass, but adjoining it (ie the area directly at the opening, where the light intensity falls from the nominal value to zero), after a certain time interval or a certain number of laser pulses, if a pulsed laser beam is used minus the initial Birefringence of the glass before exposure. In the present application is the induced edge birefringence of the silica glass measured after a linearly polarized pulsed laser beam at nearly 193 nm with approximately 3 mm diameter and a given fluence and a given pulse length on a fixed surface the glass plate over a certain amount of time or a given number of pulses has been addressed. The value of induced edge birefringence is calculated by taking the peak value of the measured in the peripheral area Birefringence the initial one Birefringence of the glass is subtracted.
Der Ausdruck „niedrige polarisationsinduzierte Doppelbrechung", wie er in diesem Dokument benutzt wird, bedeutet die polarisationsinduzierte Doppelbrechung von weniger oder gleich 0,1 nm/cm, gemessen bei etwa 633 nm, nachdem das Material 5 × 109 Impulsen eines linear polarisierten gepulsten Laserstrahls bei etwa 193 nm mit einer Fluenz von etwa 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns ausgesetzt worden ist.The term "low polarization-induced birefringence" as used in this document means polarization-induced birefringence less than or equal to 0.1 nm / cm measured at about 633 nm after the material has 5 × 10 9 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of about 25 ns.
Die „normierte polarisationsinduzierte Doppelbrechung", wie dieser Ausdruck hier benutzt wird, wird aus der gemessenen polarisationsinduzierte Doppelbrechung wie folgt berechnet: wobei PIB(N) die normierte polarisationsinduzierte Doppelbrechung und PIB(M) die gemessene polarisationsinduzierte Doppelbrechung in nm/cm, gemessen bei etwa 633 nm, sind; N ist die Anzahl der Impulse in Milliarden Impulsen, F ist die Fluenz des ArF-Lasers, welchem das Glas ausgesetzt wird, in mJ·cm–2 pro Impuls. Beispielsweise für eine Glasprobe, die 5 × 1010 Impulsen eines ArF-Lasers mit einer Fluenz von 40 μJ·cm–2 pro Impuls ausgesetzt worden ist, berechnet sich mit einer sich ergebenden gemessenen PIB(M) von 0,2 nm/cm ihre PIB(N) wie folgt: The "normalized polarization-induced birefringence" as used herein is calculated from the measured polarization-induced birefringence as follows: wherein PIB (N) is the normalized polarization-induced birefringence and PIB (M) is the measured polarization-induced birefringence in nm / cm measured at about 633 nm; N is the number of pulses in billions of pulses, F is the fluence of the ArF laser to which the glass is exposed in mJ · cm -2 per pulse. For example, for a glass sample exposed to 5 × 10 10 pulses of an ArF laser with a fluence of 40 μJ cm -2 per pulse, its resulting PIB (M) is 0.2 nm / cm PIB (N) as follows:
Eine einzelne Probe kann eine abweichende PIB(N) aufweisen, wenn die Messung mit unterschiedlichen N und F erfolgt. Daher sind Werte der PIB(N), über die in der vorliegenden Anmeldung berichtet wird oder die in dieser beschrieben werden, Mittelwerte davon.A single sample may have a different PIB (N) if the Measurement with different N and F takes place. Therefore, values are the PIB (N), over which is reported in the present application or in this means of which are described.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass der Pegel der polarisationsinduzierten Doppelbrechung von Siliziumdioxidglas von der Zusammensetzung des Glases und den Prozessbedingungen abhängig ist. Im Lichte solcher Befunde haben die Erfinder Siliziumdioxidmaterialien dargestellt, welche einen niedrigen Pegel der polarisationsinduzierten Doppelbrechung aufweisen, und haben die Prozesse zur Herstellung von Siliziumdioxidglas mit einem niedrigen Pegel der polarisationsinduzierten Doppelbrechung erfunden.The inventors of the present invention have found that the level of polarization-induced birefringence of silica glass depends on the composition of the glass and the process conditions. In light of such findings, the present inventors have shown silicon dioxide materials having a low level of polarization-induced birefringence and invented the processes for producing low-level polarization-induced birefringence silica glass.
Was die Zusammensetzung des Siliziumdioxidglases betrifft, so haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass unter anderem die OH-Konzentration in dem Glas ein bedeutender Faktor ist, welcher die polarisationsinduzierte Doppelbrechung des Glases nachteilig beeinflusst. Daher kann die allgemeine Aussage getroffen werden, dass, wenn alle anderen Bedingungen gleich bleiben, die polarisationsinduzierte Doppelbrechung des Glases um so höher ist, je höher der OH-Gehalt ist. Um einen niedrigen Pegel der polari sationsinduzierten Doppelbrechung im Siliziumdioxidglas zu erzielen, haben daher diese Erfinder herausgefunden, dass es wünschenswert ist, dass die OH-Konzentration im Glas niedriger als 500 Gew.-ppm ist, vorzugsweise niedriger als 300 ppm, stärker vorzuziehen niedriger als 100 ppm, noch stärker vorzuziehen niedriger als 50 ppm und am stärksten vorzuziehen niedriger als 20 ppm ist.What relates to the composition of the silica glass, so have the inventors of the present invention found that Another important factor is the OH concentration in the glass which is the polarization-induced birefringence of the glass adversely affected. Therefore, the general statement can be made be that if all other conditions remain the same polarization-induced birefringence of the glass is higher, The higher the OH content is. To a low level of polari sationsinduzierten To achieve birefringence in silica glass, therefore, have this Inventors found that it is desirable that the OH concentration in the glass is lower than 500 ppm by weight, preferably lower than 300 ppm, stronger preferable lower than 100 ppm, even more preferable lower than 50 ppm and the strongest preferably lower than 20 ppm.
In einem geringeren Ausmaß beeinflusst der H2-Gehalt des Siliziumdioxidglases den Pegel der polarisationsinduzierten Doppelbrechung ebenso nachteilig. Für ein Siliziumdioxidglas mit niedriger polarisationsinduzierter Doppelbrechung ist es wünschenswert, dass es H2 von 1 × 1016 bis 1 × 1019 Molekülen pro cm3 enthält, vorzugsweise weniger als etwa 5,0 × 1017 Moleküle pro cm3 und noch stärker vorzuziehen weniger als etwa 2,0 × 1017 Moleküle pro cm3.To a lesser extent, the H 2 content of the silica glass also adversely affects the level of polarization-induced birefringence. For a silica glass with low polarization-induced birefringence, it is desirable to contain H 2 of 1 × 10 16 to 1 × 10 19 molecules per cm 3 , preferably less than about 5.0 × 10 17 molecules / cm 3, and even more preferably less as about 2.0 x 10 17 molecules per cm 3 .
Um einen niedrigen Pegel der polarisationsinduzierten Doppelbrechung zu erzielen, ist es wünschenswert, dass das Siliziumdioxidglas einen niedrigen Gehalt an Kontaminationsstoffen, insbesondere Metallen wie beispielsweise Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Übergangsmetallen aufweist. Wenn das Glas in Lithografiesystemen eingesetzt werden soll, speziell in solchen, die in den Bereichen des tiefen UV und des Vakuum-UV arbeiten, ist es höchst wünschenswert, dass das Glas weniger als 10 ppb an Alkalimetallen, Erdalkalimetallen oder Übergangsmetallen enthält. Stärker vorzuziehen ist, dass das synthetische Siliziumdioxidglasmaterial der vorliegenden Erfindung weniger als 1 ppb an Erdalkali- oder Übergangsmetallen enthält. Auch ist erwünscht, dass das synthetische Siliziumdioxidglas weniger als etwa 50 Gew.-ppm an Cl enthält.Around a low level of polarization-induced birefringence it is desirable to achieve that the silica glass has a low content of contaminants, in particular metals such as alkali metals, alkaline earth metals and transition metals having. If the glass is to be used in lithography systems, especially in those that are in the areas of deep UV and of Working vacuum UV, it is highly desirable that the glass is less than 10 ppb of alkali metals, alkaline earth metals or transition metals contains. Stronger It is preferable that the synthetic silica glass material of the present invention less than 1 ppb of alkaline earth or transition metals contains. It is also desirable that the synthetic silica glass is less than about 50 weight ppm Contains Cl.
Wie in Experimenten festgestellt worden ist und weiter unten noch beschrieben wird, weist das synthetische Siliziumdioxidglas der vorliegenden Erfindung eine sehr niedrige Schädigung durch polarisationsinduzierte Doppelbrechung auf, wenn es einer Strahlung bei 193 nm ausgesetzt wird. Man erwartet, dass es eine sehr niedrige polarisationsinduzierte Doppelbrechung auch bei größerer Wellenlänge wie beispielsweise 248 nm hat. Daher kann des Siliziumdioxidglas der vorliegenden Anmeldung vorteilhafterweise bei der Herstellung von optischen Gliedern eingesetzt werden, die in Immersionslithografiegeräten Verwendung finden, welche in den Bereichen des tiefen UV und des Vakuum-UV arbeiten wie beispielsweise bei etwa 248 nm und 193 nm, wo die lithografische Strahlung gewöhnlich elliptisch oder linear polarisiert ist.As has been found in experiments and described below is, the synthetic silica glass of the present Invention a very low damage by polarization-induced birefringence when exposed to radiation is exposed at 193 nm. It is expected to be a very low one polarization-induced birefringence even at longer wavelengths such as 248 nm has. Therefore, the silica glass of the present application advantageously used in the production of optical members which are used in immersion lithography equipment, which in the areas of deep UV and vacuum UV work such as at about 248 nm and 193 nm where the lithographic radiation is usually elliptical or is linearly polarized.
Das Siliziumdioxidglas der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in solchen Anwendungsfällen beschränkt. Das Glas der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise für optische Glieder von Trockenlithografiegeräten eingesetzt werden, die in den Bereichen des tiefen UV oder Vakuum-UV und bei noch größeren Wellenlängen arbeiten. Das Siliziumdioxidglas der vorliegenden Anwendung kann auch in anderen Geräten Anwendung finden, wo synthetisches Glas aus geschmolzenem Siliziumdioxid typische Anwendung finden.The However, silica glass of the present invention is not on limited use in such applications. The glass of the present Invention can, for example, for optical members of dry lithography apparatuses are used work in areas of deep UV or vacuum UV and at even longer wavelengths. The silica glass of the present application may also be used in others devices Find application where synthetic glass of molten silica find typical application.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von synthetischem Siliziumdioxidglas hoher Reinheit und mit einem niedrigen Pegel an polarisationsinduzierter Doppelbrechung umfasst einen Schritt (i) der Bereitstellung eines verfestigten synthetischen Siliziumdioxidglases mit einem relativ niedrigen Niveau der OH-Konzentration. Der Ausdruck „niedriges Niveau" der OH-Konzentration", wie er hier benutzt wird, bedeutet, dass die gemessene OH-Konzentration des Glases niedriger als 500 Gew.-ppm, vorzugsweise niedriger als 300 ppm, stärker vorzuziehen niedriger als 200 ppm, noch stärker vorzuziehen niedriger als 100 ppm, noch stärker vorzuziehen niedriger als 50 ppm und am stärksten vorzuziehen niedriger als 20 ppm ist.The Process of the present invention for the production of synthetic Silica glass of high purity and with a low level polarization-induced birefringence comprises a step (i) providing a solidified synthetic silica glass with a relatively low level of OH concentration. The term "low Level of "OH concentration" as used here means that the measured OH concentration of the glass is lower more preferable than 500 ppm by weight, preferably lower than 300 ppm lower than 200 ppm, even more preferable lower than 100 ppm, even stronger preferable lower than 50 ppm, and most preferably lower than 20 ppm.
Zu diesem Zweck kann das synthetische Siliziumdioxidglas unter Anwendung des Ruß-zu-Glas-Prozesses hergestellt werden, bei welchem zunächst eine Vorform aus porösem Siliziumdioxidruß gebildet wird zum Beispiel durch äußere Dampfabscheidung („OVD"), innere Dampfabscheidung („IVD") oder axiale Dampfabscheidung („VAD") und dergleichen, die anschließend zu transparentem Siliziumdioxidglas verfestigt wird. Alternativ kann das Glas durch den direkten Prozess hergestellt werden, bei welchem die Teilchen aus Siliziumdioxidruß direkt zu transparentem Glas geformt werden ohne den Zwischenschritt der Bildung einer porösen Vorform daraus. Verschiedene Silizium-Vorläuferverbindungen wie beispielsweise Siliziumhalide, Organosiliziumverbindungen, können benutzt werden, um das gewünschte Glas in diesen Prozessen zu erzeugen. Diese Prozesse können plasmaunterstützt sein.For this purpose, the synthetic silica glass can be made using the carbon black-to-glass process which first forms a preform of porous silica soot, for example by external vapor deposition ("OVD"), internal vapor deposition ("IVD") or axial Alternatively, the glass can be made by the direct process of forming the silica soot particles directly into transparent glass without the intermediate step of forming a porous preform therefrom. Various silicon precursor compounds, such as silicon halides, organosilicon compounds, can be used to prepare the to produce desired glass in these processes. These processes can be plasma assisted.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein verfestigtes Siliziumdioxidglas mit einem niedrigen Niveau der OH-Konzentration durch den Ruß-zu-Glas-Prozess gebildet. Dieser Prozess wird vorgezogen wegen der Einfachheit der Steuerung der Zusammensetzung und der Eigenschaft des Glases wie beispielsweise hinsichtlich der Verunreinigungen, der OH-Konzentration, der H2-Konzentration, der fiktiven Temperatur und dergleichen.In a preferred embodiment of the process of the present invention, a solidified silica glass having a low level of OH concentration is formed by the carbon black-to-glass process. This process is preferred because of the ease of controlling the composition and property of the glass such as impurities, OH concentration, H 2 concentration, fictitious temperature, and the like.
Die
gleichzeitig anhängigen
und mitverfassten
Wenn bei einem Ruß-zu-Glas-Prozess die Ruß-Vorform in einer Atmosphäre ausgebildet wird, die einen hohen Wasser-Partialdruck aufweist, dann enthält die unverzüglich geformte Ruß-Vorform üblicherweise ein hohes Niveau der OH-Konzentration. Um die OH-Konzentration des fertigen verfestigten Glases abzusenken, muss die Ruß-Vorform vor ihrer Verfestigung getrocknet werden. Man hat herausgefunden, dass zur Herstellung von Glas mit einer OH-Konzentration über etwa 50 ppm die Ruß-Vorform einfach in Helium oder ein anderes Inertgas wie beispielsweise Stickstoff, Argon und dergleichen bei erhöhten Temperaturen gebracht werden muss, um den OH-Gehalt in dem Ruß zu verringern, bevor dieser zu dichtem Glas gesintert wird. Um jedoch eine niedrige OH-Konzentration wie beispielsweise unter 50 Gew.-ppm zu erzielen, wird vorgezogen, ein Trocknungsmittel zu benutzen. Zu den bevorzugten Trocknungsmitteln gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: CO2, CO, Chlor (Cl2), Brom (Br2) und halogenhaltige Verbindungen wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, CFxClyBrz, wobei x, y und z nichtnegative ganze Zahlen sind mit x ≤ 4, y ≤ 4, z ≤ 4 und x + y + z = 4, sowie kompatible Gemische daraus. Beispielsweise für Anwendungen bei der Lithografie im tiefen UV und im Vakuum-UV wird vorgezogen, dass wegen der Probleme mit der UV-Schädigung und der Transmission das fertige verfestigte Siliziumdioxidglas wenig bis kein Cl aufweist (< 50 Gew.-ppm). So kommt es bei dieser bevorzugten Ausführungsform, wenn Cl2 oder Cl-haltige Verbindungen zum Trocknen der Vorform aus Siliziumdioxidruß benutzt werden, darauf an, dass dem SiO2-Ruß vor dem Verfestigen zum dichten Glas das restliche Cl entzogen wird. Das Trocknungsmittel ist geeignet, die OH-Konzentration im Ruß auf < 0,001 bis 0,1 Gew.-ppm zu senken (nachgeprüft durch Sintern des Rußes zu dichtem Glas im trockenen He und dann Analyse des Glases). Um den gewünschten Wert an OH im verfestigten Siliziumdioxidglas zu erzielen und das restliche Cl erforderlichenfalls zu entfernen, kann die so getrocknete Vorform aus Siliziumdioxidruß in einer Atmosphäre verfestigt werden, die H2O enthält. Durch Steuerung des Partialdrucks des H2O in dieser Verfestigungsatmosphäre und des thermischen Verlaufs des Verfestigungsprozesses können die OH-Konzentration und die Verteilung desselben im fertigen verfestigten Glas auf dem gewünschten Niveau gehalten werden. Ungeachtet dessen, ob die Ruß-Vorform in Gegenwart von H2O verfestigt wird oder nicht, kann in der Verfestigungsatmosphäre Sauerstoff benutzt werden, um jegliche Siliziumarten mit Sauerstoffmangel, die sich gebildet haben können, zu entfernen oder aufzuoxidieren. Die Ruß-Vorform kann ebenso in Gegenwart von H2 verfestigt werden.In a soot-to-glass process, when the carbon black preform is formed in an atmosphere having a high water partial pressure, the promptly formed carbon black preform usually contains a high level of OH concentration. To lower the OH concentration of the final consolidated glass, the carbon black preform must be dried before solidification. It has been found that to produce glass with an OH concentration above about 50 ppm, the carbon black preform must be easily brought into helium or other inert gas such as nitrogen, argon and the like at elevated temperatures to increase the OH content in the gas phase To reduce soot before it is sintered into dense glass. However, to achieve a low OH concentration, such as below 50 ppm by weight, it is preferred to use a desiccant. Preferred drying agents include, but are not limited to, CO 2 , CO, chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ), and halogen-containing compounds such as, but not limited to, CF x Cl y Br z where x, y and z are nonnegative integers with x ≤ 4, y ≤ 4, z ≤ 4, and x + y + z = 4, as well as compatible mixtures thereof. For example, for applications in lithography in deep UV and in vacuum UV, it is preferred that because of the problems with UV damage and transmission, the final consolidated silica glass has little to no Cl (<50 ppm by weight). Thus, in this preferred embodiment, when Cl 2 or Cl-containing compounds are used to dry the silica soot preform, it is important that the residual Cl be removed from the SiO 2 soot prior to solidification to the dense glass. The desiccant is capable of lowering the OH concentration in the carbon black to <0.001 to 0.1 ppm by weight (verified by sintering the carbon black to dense glass in the dry heat and then analyzing the glass). In order to obtain the desired value of OH in the solidified silica glass and to remove the residual Cl if necessary, the thus-dried silica soot preform may be solidified in an atmosphere containing H 2 O. By controlling the partial pressure of H 2 O in this solidification atmosphere and the thermal history of the solidification process, the OH concentration and the distribution thereof in the final solidified glass can be maintained at the desired level. Regardless of whether the carbon black preform is solidified in the presence of H 2 O or not, oxygen may be used in the solidification atmosphere to remove or oxidize any oxygen-deficient silicon species that may have formed. The carbon black preform may also be solidified in the presence of H 2 .
Es wird vorgezogen, dass das verfestigte Glas ferner einer Wärmebehandlung in Gegenwart von H2 über eine wirksame Zeitspanne dergestalt unterzogen wird, dass die H2-Konzentration im fertigen Glas ein gewünschtes Niveau erreicht. Die H2-Konzentration im fertigen Glas sowie die Temperatur, bei welcher die H2-Behandlung ausgeführt wird, beeinflussen den Pegel der polarisationsinduzierte Doppelbrechung und das Verhalten des fertigen Glases ebenso nachteilig. Es wurde herausgefunden, dass die H2-Behandlung bei einer Temperatur unter 800 °C vorzuziehen ist, um einen niedrigen Wert der polarisationsinduzierten Doppelbrechung insbesondere für Gläser mit einem OH-Gehalt von weniger als etwa 100 Gew.-ppm zu erzielen. Um jedoch den Prozess der H2-Behandlung zu beschleunigen, ist es wünschenswert, dass die Behandlungstemperatur mindestens 300 °C beträgt.It is preferred that the consolidated glass is further subjected to a heat treatment in the presence of H 2 for an effective period of time such that the H 2 concentration in the finished glass reaches a desired level. The H 2 concentration in the finished glass and the temperature at which the H 2 treatment is carried out also adversely affect the level of polarization-induced birefringence and the behavior of the finished glass. It has been found that H 2 treatment at a temperature below 800 ° C is preferable to achieve a low level of polarization-induced birefringence, particularly for glasses having an OH content of less than about 100 ppm by weight. However, in order to accelerate the process of H 2 treatment, it is desirable that the treatment temperature be at least 300 ° C.
Die folgenden Beispiele, die den Schutzumfang nicht einschränken, werden für den Zweck der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, worauf der Schutzumfang beansprucht wird, dargestellt und dürfen nicht in dem Sinne interpretiert werden, als würden sie die Erfindung, auf welche der Schutzumfang beansprucht wird, in irgend einer Weise einschränken.The following examples, which do not limit the scope of protection for the Purpose of illustrating the present invention, on which the Scope of protection is claimed, and may not be interpreted in the sense become as if the invention to which the scope is claimed restrict in any way.
BEISPIELEEXAMPLES
Experimentelle Vorgehensweise und DatenExperimental procedure and dates
Probendarstellungsample presentation
Es wurde Glas aus geschmolzenem Siliziumdioxid unter Anwendung des sogenannten Direkt-zu-Glas-Prozesses sowie des Ruß-zu-Glas-Prozesses hergestellt. Für den Letzteren werden Siliziumdioxidteilchen auf einem Substrat abgeschieden, was zu einem Ruß-Formling führt. In einem zweiten Schritt wird dieser Formling zu einem festen Glas-Formling verfestigt.Glass of molten silica was produced using the so-called direct-to-glass process as well as the soot-to-glass process. For the latter, silica particles are deposited on a substrate, which leads to a soot molding. In a second step, this molding is solidified into a solid glass molding.
Der OH-Gehalt (oder Wassergehalt) des Glases wird während der Verfestigung gesteuert. In einem dritten Schritt werden Exemplare des Glas-Formlings, die nahezu die Endform haben, mit molekularem Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen bis zu den verschiedenen Zielkonzentrationen beaufschlagt.Of the OH content (or water content) of the glass is controlled during solidification. In a third step, copies of the glass molding, the have nearly the final shape, with molecular hydrogen at elevated temperatures up to applied to the different target concentrations.
Exposition und MessungenExposure and measurements
Die stangenförmigen Proben aus geschmolzenem Siliziumdioxid wurden exponiert, wobei Licht von einem ArF-Excimerlaser verwendet wurde, der bei einer Wiederholfrequenz von 4000 Hz lief. Die Impulslänge betrug etwa 25 ns. Der Strahldurchmesser betrug 3 mm, auferlegt durch eine Apertur, und seine Form war annähernd die des Zylinderhuts. Der Lichtstrahl wurde polarisiert, wo dies erforderlich war, indem je nach Einzelfall ein handelsüblicher linearer oder zirkularer Polarisator benutzt wurde. Die typische Probengröße betrug 20 × 25 × 100 mm, und der zur Exposition dienende Strahl, nach Wunsch polarisiert oder nicht, wurde durch die Mitte der Probe parallel zur Längsachse gerichtet. Die Proben wurden nach etwa 4 Milliarden Impulsen von dem Aufbau für die Exposition abgenommen, und die Doppelbrechung wurde bei einer Wellenlänge von 633 mm unter Verwendung eines handelsüblichen Messsystems für die Doppelbrechung aufgenommen. Zusätzlich wurde die Wellenfrontstörung mit Interferometern bei 633 nm und 193 nm gemessen.The rod-shaped Samples of molten silica were exposed, with Light was used by an ArF excimer laser at a Repetition frequency of 4000 Hz. The pulse length was about 25 ns. Of the Beam diameter was 3 mm, imposed by an aperture, and his form was approximate the top hat. The light beam was polarized where this required, depending on the individual case, a commercial linear or circular polarizer was used. The typical Sample size was 20 × 25 × 100 mm, and the beam used for exposure, polarized as desired or not, was through the center of the sample parallel to the longitudinal axis directed. The samples were taken after about 4 billion pulses of the structure for the Exposure decreased, and the birefringence was at a wavelength of 633 mm using a commercially available birefringence measurement system added. In addition was the wave front disturbance measured with interferometers at 633 nm and 193 nm.
Experimentelle DatenExperimental data
Eine
Anzahl von Proben mit unterschiedlicher Zusammensetzung (zum Beispiel
OH-Konzentration, H2-Konzentration) und
unterschiedlichen Verfahrensbedingungen (zum Beispiel Temperatur
der H2-Beaufschlagung) wurden auf polarisationsinduzierte
Doppelbrechung untersucht, wenn sie einem linear polarisierten Laserstrahl
mit verschiedener Fluenz und Impulszahlen exponiert wurden. In dem
Diagramm der
Spannungsoptische InterpretationTension-optic interpretation
Wir
wollen nun die permanenten Veränderungen
in den optischen Eigenschaften, die von der Excimerlaser-Exposition
bewirkt werden, mit Hilfe der Glasverformung und des spannungsoptischen Effekts
interpretieren. Ein direkter Beweis für die Verformung wird durch
das weitreichende Verformungsfeld erbracht, welches bei der Doppelbrechung
außerhalb
der Apertur (in dem nicht exponierten Glas) beobachtet wird und
beispielsweise aus
Wenn man für p11 und p12 Literaturwerte benutzt und für r11 und r12 hinsichtlich unserer Probengeometrie einen vernünftigen Ansatz macht, dann ist der Wert von A, der aus Gl. (2) gefolgert wird, bei den experimentellen Messungen stets negativ. Dies ergibt sich aus unserer Definition von A aus Gl. (2), aus den angenommenen Werten für die spannungsoptischen Konstanten und aus der experimentellen Beobachtung, dass die langsame Achse von PIB stets rechtwinklig zur linearen Polarisation des zur Exposition dienenden Lasers liegt. Wir betrachten dies als gegeben zum Beispiel sowohl für sich zusammenziehende als auch für sich ausdehnende Proben, d. h. für jedes Vorzeichen von D.If one uses literature values for p 11 and p 12 and makes a rational approach to r 11 and r 12 with respect to our sample geometry, then the value of A, which is given in Eq. (2) is always negative in the experimental measurements. This follows from our definition of A from Eq. (2), from the assumed values for the stress-optical constants and from the experimental observation that the slow axis of PIB is always perpendicular to the linear polarization of the exposure laser. We consider this as given for example for both contracting and expanding samples, ie for each sign of D.
Es ist angebracht zu wiederholen, dass die Verwendung von zirkularpolarisiertem Licht für die Exposition das Ergebnis PIB = 0 liefert. Die elliptische Polarisierung liefert etwas mehr PIB, und natürlich erzeugt die lineare Polarisation die größte PIB. Jegliche Mittelwertbildung über Polarisationen, welche zu einer Randomisierung der angesammelten Werte für die Polarisationsexposition tendiert, wird die PIB anteilmäßig herabsetzen.It is appropriate to repeat that the use of circularly polarized light for the Exposure yields the result PIB = 0. The elliptical polarization yields slightly more PIB, and of course the linear polarization produces the largest PIB. Any averaging over polarizations which tends to randomize the accumulated values for polarization exposure will proportionally lower the PIB.
Vergleich von experimentellen Daten mit dem ModellComparison of experimental Data with the model
Hier wird der im vorangehenden Abschnitt („Spannungsoptische Interpretation") beschriebene Formalismus benutzt, um die experimentellen Daten der Doppelbrechung anzupassen. Hierfür werden die Dichteänderung D und die Anisotropie A variiert, bis die Summe der kleinsten Fehlerquadrate zwischen experimentellen und berechneten Bildern der Doppelbrechung den Minimalwert erreicht. Diese Prozedur kennzeichnet die induzierte Doppelbrechung auf einer bestimmten Stufe der Exposition und zeigt, dass die Annahme der anisotropen Verformung zutreffend ist. Es soll angemerkt werden, dass das gesamte zweidimensionale Bild der Magnituden der Doppelbrechung und die Richtungen der langsamen Achse dargestellt wird mit einem einzigen Paar von Werten (D, A). Es soll hier jedoch nicht versucht werden, eine Modellierung der Entwicklung der Schädigung über den Verlauf der Exposition vorzunehmen.Here becomes the formalism described in the previous section ("Tension-Optical Interpretation") used to adjust the experimental birefringence data. Therefor become the density change D and the anisotropy A varies until the sum of the least squares between experimental and calculated images of birefringence reached the minimum value. This procedure identifies the induced Birefringence at a certain level of exposure and shows that the assumption of anisotropic deformation is correct. It should be noted be that the entire two-dimensional image of the magnitudes of birefringence and the directions of the slow axis is shown with a single pair of values (D, A). It should not be tried here be a modeling of the evolution of injury over the Course of exposure.
Es ist wichtig, dass hier angemerkt wird, dass, wenn der Polarisationsstatus der lithografischen Strahlung wie beispielsweise der einer Immersionslithografievorrichtung der vorliegenden Erfindung periodisch geändert wird, beispielsweise von der parallelen zur orthogonalen Position, die kumulative Wirkung in Form der polarisationsinduzierten Doppelbrechung abnehmen sollte, da die polarisationsinduzierte Doppelbrechung tatsächlich abzunehmen beginnt, sobald nach einer anfänglichen Exposition die Polarisation zur orthogonalen Polarisation umgeschaltet wird.It It is important to note here that when the polarization status the lithographic radiation such as that of an immersion lithography apparatus of the present invention is changed periodically, for example from the parallel to the orthogonal position, the cumulative effect should decrease in the form of polarization-induced birefringence, since the polarization-induced birefringence actually decrease starts as soon as after an initial one Exposure switched polarization to orthogonal polarization becomes.
Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird deutlich, dass verschiedenartige Modifikatio nen und Abänderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass der Schutzumfang und der Geist der Erfindung verlassen werden. Daher ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung all die Modifikationen und Änderungen an dieser Erfindung abdeckt, vorausgesetzt, sie fallen in den Schutzumfang der angefügten Ansprüche und deren Äquivalente.The It will be apparent to those skilled in the art that various Modifications and modifications can be made to the present invention, without that the scope and spirit of the invention are abandoned. Therefore It is intended that the present invention all the modifications and changes covered by this invention provided they are within the scope of protection the attached claims and their equivalents.
ZusammenfassungSummary
Es werden ein synthetisches Siliziumdioxidglas mit einer niedrigen polarisationsinduzierten Doppelbrechung, ein Verfahren zur Herstellung dieses Glases und ein Lithografiesystem welches optische Glieder enthält, die aus diesem Glas gefertigt sind, offenbart. Das Siliziumdioxidglas weist eine bei 633 nm gemessene polarisationsinduzierte Doppelbrechung auf, die niedriger als etwa 0,2 nm/cm ist, wenn es Excimerlaserimpulsen bei etwa 193 nm mit einer Fluenz von etwa ungefähr 40 μJ·cm–2 pro Impuls und einer Impulslänge von etwa 25 ns für 5 × 109 Impulse ausgesetzt wird.There are disclosed a synthetic silica glass having a low polarization-induced birefringence, a process for producing this glass, and a lithography system containing optical members made of this glass. The silica glass has a polarization-induced birefringence measured at 633 nm, which is less than about 0.2 nm / cm when exposed to excimer laser pulses at about 193 nm with a fluence of about 40 μJ cm -2 per pulse and a pulse length of about 25 ns for 5 × 10 9 pulses is exposed.
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