JP2016511211A - EUVリソグラフィに使用されるミラー基板用のTiO2−SiO2ガラスのブランク及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

熱膨張係数の推移、また結果的にゼロクロス温度TZCの推移を最適化するような適合の必要性が低く、TiO2−SiO2ガラスが、920℃〜970℃の範囲の仮想温度Tfの平均値において、仮想温度Tfに対するそのゼロクロス温度TZCの依存性を有し、微分商dTZC/dTfとして表されるその依存性が0.3未満である、EUVリソグラフィに使用されるミラー基板用のTiO2−SiO2ガラスのブランクを提供すること。【選択図】図2

Description

本発明は、EUVリソグラフィに使用されるミラー基板用のTiO−SiOガラスのブランクに関する。
さらに、本発明は、このようなブランク又はその製造にかかる半製品としての成形体を製造する方法に関する。
EUVリソグラフィでは、マイクロリソグラフィ用投影装置を用いて50nm未満の線幅を有する高度集積構造物が製造される。EUV範囲によるレーザー光線(極紫外光、軟X線とも称される)は、13nm程度の波長で使用される。投影装置には、高ケイ酸含有量を有するとともに、酸化チタンがドープされるガラス(以下、「TiO−SiOガラス」とも称する)からなり、かつ反射層系が設けられるミラー部材を備える。これらの材料は、チタンの濃度により調節可能な極めて低い線形熱膨張係数(略して「CTE(Coefficient of Thermal Expansion)」と称される)により区別される。標準酸化チタン濃度は6重量%〜9重量%である。
高ケイ酸含有量を有する合成のチタンドープガラスのこのようなブランク及びその製造方法は、特許文献1により既知である。TiO−SiOガラスは、チタン含有出発物質及びケイ素含有出発物質の火炎加水分解によって製造され、6.8重量%の酸化チタンを含有する。このように製造されるガラスのヒドロキシル基含有量は、300重量ppmをめったに下回らないことに留意されたい。ガラスの耐放射線性を増大させるために、加熱することによって、製造プロセスに起因して含まれる水素の濃度を1017分子/cmを下回る値まで下げることが示唆されている。この目的のために、ガラスを400℃〜800℃の範囲の温度に加熱して、この温度を最大60時間維持する。ミラー基板の平面の一方に反射コーティングが設けられ、複数の層を重ねて作製する。
ミラー基板の目的とされる使用では、その上側に反射コーティングが設けられる。このようなEUVミラー部材の最大(理論)反射率は約70%であるため、放射エネルギーの少なくとも30%がコーティングに又はミラー基板の表面近くの層に吸収されて、熱へと変換される。これにより、ミラー基板の容積内に、文献に挙げられるデータによれば最大50℃となるおそれのある温度差を有する不均一な温度分布がもたらされる。
したがって、変形を可能な限り小さくするために、ミラー基板用ブランクのガラスが、使用中に発生する動作温度の全温度範囲にわたってゼロのCTEを有することが望ましいと考えられる。しかしながら実際には、Tiドープシリカガラスの場合、ゼロ近くのCTEを有する温度範囲が非常に狭いことがある。
ガラスの熱膨張係数がゼロに等しい温度は以下、ゼロクロス温度又はTZC(Temperature Zero Crossing)とも称されるものとする。チタン濃度は大抵、20℃〜45℃の温度範囲でゼロのCTEを得るように設定される。事前に設定されたTZCよりも高い又は低い温度を有するミラー基板の容積領域は、膨張又は収縮する結果、TiO−SiOガラスの全体では低いCTEにもかかわらず、ミラーの結像品質に害を及ぼす変形をもたらす。
したがって、ミラー基板用ブランクにおける不均一な温度分布によって生じる光学結像の低下を打ち消すような提案がなされている。例えば、特許文献2から既知のミラーには金属基板材料が設けられている。金属の高い熱伝導性のために、ミラー内に導入される熱が、金属基板の裏側を介して、好ましくは冷却装置によって効率的に放出される。
これにより熱によって誘起されるミラーの変形を低減させることは可能であるものの、結像エラーまでは回避することができていない。実質的な収差が依然として見られる。
特許文献3は、SiO−TiOガラスによってかなえられる、SiO−TiOガラスに関する均一性の要件を規定している。この目的で、該ガラスは、チタン含有量によって規定される、位置依存性の縦方向の熱膨張係数を有することになっている。なお、この係数は、1.5×10−9−2未満の平均増大mの量によって規定され、温度に可能な限り非依存性なものとしている。しかしながら、CTEのこの低い温度依存性がどのようにして実現可能であるかは示していない。
特許文献4によれば、ミラー基板用又はマスクプレート用のSiO−TiOガラスのブランクでは、ゼロクロス温度TZCに関する条件があらゆる場所で満たされるように、すなわち、局所的に導き出される温度についての熱膨張係数が実質的にゼロに等しいように、ブランクの厚みにわたる酸化チタンの濃度を、動作中に生じる温度分布に段階的又は連続的に適合させている。ここでは残る縦方向の膨張が動作中にあらゆる場所で0+/-50ppb/℃であれば、CTEがゼロに実質的に等しいと規定される。これは、火炎加水分解によるガラスの製造中に、所定の濃度プロファイルがブランク中に得られるように、チタン含有出発物質及びケイ素含有出発物質の濃度を変えることで成し遂げられると考えられる。
独国特許出願公開第102004015766号 欧州特許出願公開第0955565号 独国特許出願公開第10359102号(≒米国特許出願公開第2005/0185307号) 国際公開第2011/078414号
[技術的課題]
チタン濃度の局所変動によってTZCを最適化する方法は、最適化すべき構成要素の容積にわたって使用中に生じる温度分布の正確な知識を必要とし、また個々の構成要素毎に膨大な設計及び適合の労力を伴う。ここで、投影レンズ系は、平らな表面だけでなく、反射コーティングが設けられかつ外形が特定用途に合わせて適合されている凸状又は凹状に湾曲した表面を有する、異なるサイズ及び形状の複数のミラーを備えることに留意されたい。動作中に実際に達する、最適化すべき各構成要素の容積にわたる温度プロファイルは、特定の使用条件に、また環境に依存し、実際の使用条件下において、完全に実装させた投影レンズ系でのみ正確に求めることができる。しかしながら、技術的に、完全に実装させた投影レンズ系の個々の構成要素を交換することは殆ど不可能である。
これは、CTE、故に計測可能なTZCが、酸化チタン含有量とは別に、ヒドロキシル基含有量に、またガラスの仮想温度にも依存することによって悪いものとなる。仮想温度は、「凍結した」ガラスの網目構造の秩序度を表すガラス特性である。TiO−SiOガラスのより高い仮想温度は、ガラスの構造のより小さい秩序度及びエネルギー的に最も有益な構造配列からのより大きなずれを伴う。
仮想温度は、ガラスの熱履歴によって、特に最後の冷却プロセスによって影響を受ける。ガラスブロックの表面近くの領域には中央領域と異なった条件が当然存在するため、ミラー基板用ブランクの種々の容積領域は、それらの種々の熱履歴に起因して既に異なる仮想温度を有する。したがって、ブランク容積にわたる仮想温度の分布は常に不均一である。仮想温度のプロファイルの或る種の均等化は、アニーリングを用いて実現可能である。しかしながら、アニーリングプロセスはエネルギー及び時間の観点から問題となる。
これは、得られる仮想温度が、TiO−SiOガラスの組成に、特にヒドロキシル基含有量及び酸化チタン濃度に依存することによっても更に悪いものとなる。極めて慎重かつ長期間のアニーリングプロセスを用いても、組成が完全に均一なものでなければ、ブランク容積にわたる仮想温度のプロファイルを均一化することはできない。しかしながら、これは、特に乾燥の程度によって様々な値をとり得るヒドロキシル基含有量の場合にはそのまま当てはまらない。
本発明の課題は、TiO−SiOガラスから作られるミラー基板用のブランクを示すことであり、この場合、CTEのプロファイル、また故にTZCのプロファイルを最適化する調節の必要が少なくなる。
さらに、本発明の課題は、本発明によるブランクを製造する方法を提供することである。
[発明の概要]
ブランクに関して、上述のタイプのブランクに始まる本発明の目的は、920℃〜970℃の範囲の仮想温度Tの平均値において、該TiO−SiOガラスが、該仮想温度Tに対するそのゼロクロス温度TZCの依存性を示し、微分商dTZC/dTとして表されるその依存性が0.3未満である本発明により達成される。
ブランクの容積にわたる仮想温度の不均一な分布は、可能な限り均一とするCTE及びTZCの分布の調節を悪いものとする。ブランク容積にわたる仮想温度の複雑な均等化、又は仮想温度の所与のプロファイルへのCTEの複雑な適合の代わりに、本発明は、CTEの、故にゼロクロス温度TZCの依存性を仮想温度から確実に切り離すことを目的とする。この手段は、従来技術において知られてもいないし、自明にもなっておらず、本発明に向けた第1の工程と既にみなすことができる。
原則として、TiO−SiOガラスは、仮想温度に応じてCTEの減少及びTZCの増大を示す。仮想温度に対するTZCの依存性を切り離すことは、TZCが仮想温度に応じてプロットされる図において、故に関数TZC=f(T)の平らな傾きにおいて示される。本発明によれば、この接線勾配は、920℃〜970℃の仮想温度の区間内のあらゆる点で、0.3未満、好ましくは0.25未満となる。
これは材料に特有の性質である。その性質は、その平均仮想温度が現に上記温度区間内にあるかどうかに関係なく、本発明のブランクに現れる。例えば、より高い仮想温度が設定される場合であっても、これは、関数TZC=f(T)の傾きを導くことができ、その場合微分商は0.3よりも大きくなる。本発明によるブランクは、920℃〜970℃の範囲の平均仮想温度を有する場合に、所望の切り離し(decoupling)が確実なものとされることによって認識可能である。
図2のダイアグラムは、市販のTiO−SiOガラス(曲線A)及び本発明によるTiO−SiOガラス(曲線B)の場合の関数TZC=f(T)の比較を示すものである。曲線Bは、920℃〜約990℃の温度区間内の各点において、微分商dTZC/dTによって表される、0.3未満の接線勾配を示すのに対し、曲線Aは上記区間内のどこにもこのような小さな勾配を示さない。
本発明によるブランクのTiO−SiOガラスでは、これによって、TZCが仮想温度に確実に影響を受けにくいことが実証され、このことは本明細書中において、仮想温度からのゼロクロス温度の依存性の「切り離し」とも称される。この切り離しによって、ブランクは、そうでなければもはや許容されないと考えられるか又はCTEの推移を適合させることによる(例えば、酸化チタン又はヒドロキシル基の濃度を変えることによる)多大な労力により補償しなければならないと考えられる仮想温度のプロファイルにもかかわらず、耐変形ミラー基板を製造するのに使用することができる。故に、可能な限り均一である仮想温度の推移の調節に対してアニーリング中になされる要求が低くなるか、又は、(仮想温度に関与する範囲内では)TZCのより均一な分布が同様の労力で得られる。
約606cm−1の波数におけるラマン散乱強度の測定結果に基づき仮想温度を求める標準的な測定方法は、"Ch. Pfleiderer et al.; The UV-induced 210 nm absorption band in fused silica with different thermal history and stoichiometry; Journal of Non-Cryst. Solids 159 (1993), 143-145頁"に記載されている。
所望の切り離しは、TiO−SiOガラスを製造する特定の方法を用いて実現され、これは更に以下でより詳細に説明するものとする。
仮想温度からのTZCの依存性の切り離しの程度は、或る程度、仮想温度自体の絶対量に応じて決まる。より低い仮想温度では、より高い仮想温度よりも所望の切り離しがより容易に実現される。したがって、ブランクの仮想温度が温度区間の上限、すなわち例えば940℃を超える温度にあるときに、要求は高くなり、実現される切り離しが特に留意されることがある。
同じアニーリング処理を受けても、仮想温度は実質的にヒドロキシル基含有量に再び依存する。ヒドロキシル基含有量が大きいほど、同じアニーリング処理のもとで発生する仮想温度は低くなる。可能な限り低い仮想温度の設定を単に目的とするのであれば、本質的に、大きいヒドロキシル基含有量を選ばなければならないと考えられる。他方、ヒドロキシル基は、他の、特に光学特性又は機械特性の実現にとっては幾分望ましくない。TiO−SiOガラスが200重量ppm〜300重量ppmの範囲の平均ヒドロキシル基含有量を有する場合が、これらの他の特性と低仮想温度との間の好適な妥協案として有用であることが判明した。
本明細書では、200重量ppm〜300重量ppmの範囲の平均ヒドロキシル基含有量は中程度のヒドロキシル基含有量である。この平均ヒドロキシル基含有量の設定に関する前提条件は、いわゆる「スート法」に従うTiO−SiOガラスの製造である。製造方法に起因してヒドロキシル基を含有する多孔質スート体が本明細書で中間産物として得られる。これらの基は、ハロゲンを用いた反応性化学処理によって所望の程度に除去することができる。しかしながら、真空下におけるスート体の熱処理によって乾燥を行うことが好ましい。
ヒドロキシル基含有量(OH含有量)は、D. M. Dodd et al.("Optical Determinations of OH in Fused Silica", (1966), 3911頁)により提示される方法に従うIR吸収の測定によって求められる。
さらに、前記TiO−SiOガラスが、5×1016分子/cm未満の平均水素濃度、好ましくは1×1016分子/cm未満の平均水素濃度を有する場合が有利であることが判明した。
平均水素濃度はラマン測定を用いて求められる。適用する測定方法は、Khotimchenko et al.; "Determining the Content of Hydrogen Dissolved in Quartz Glass Using the Methods of Raman Scattering and Mass Spectrometry" Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 46, No. 6 (June 1987), 987-991頁に記載されている。
ZCと仮想温度との上記に説明した切り離しのために、本発明によるTiO−SiOガラスのミラー基板用ブランクは、ブランクの容積にわたる仮想温度の不均一な分布に比較的影響を受けにくくなる。したがって、また包括的に低い熱依存性及び空間依存性により、実用中に得られる不均一な温度プロファイルにTZCを適合させることが容易となる。
更なる適合が、前記ブランクの範囲が上側面及び下側面によって定められ、上側面と下側面との間の前記TiO−SiOガラスが、前記酸化チタン濃度の不均一なプロファイルを示す好ましい実施の形態では意図される。
本発明によるブランクの本実施の形態では、仮想温度の不均一なプロファイルの補足としてガラスの酸化チタン濃度を変更させることによって、TZCが例えば、動作中に発生する温度に適合する。
前記ブランクは、第1の酸化チタン濃度を有するTiO−SiOガラスの第1の成形体と、該第1の成形体に接続する第2の酸化チタン濃度を有するTiO−SiOガラスの第2の成形体とを含む複合体として構成される。
最も簡単な場合、2つの成形体を、二酸化チタン濃度及びTZCが、動作中に適切な精度で不均一な温度プロファイルに適合するのに十分なものとする。
半製品として使用されるこれらの成形体は、本発明によるTiO−SiOガラスからなるが、異なる酸化チタン濃度を有する。ミラー基板用ブランク(又はその一部)を仕上げ加工するために、既知の方法を用いてこれらの成形体を互いに接合させる。
仮想温度が高くなると、酸化チタン濃度が高くなるのと同じ効果がTZCにもたらされる、すなわち、各TiO−SiOガラスについてTZCが増大する。
それは、本発明によるブランクの有利な実施の形態において、TZCを所与の温度プロファイルに適合させるのに仮想温度も用いられるためである。前記第1の成形体は第1の平均仮想温度を有し、前記第2の成形体は第2の平均仮想温度を有し、該第1の仮想温度及び該第2の仮想温度は互いに異なる。仮想温度及び酸化チタン濃度とは別に、ヒドロキシル基含有量もTZCに影響を与えるので、所与の温度推移に適合させるための付加的なパラメータとして使用することができる。
各仮想温度を調節するために、第1の成形体及び第2の成形体を、発生する仮想温度が互いに異なるように、それらの連結の前にアニーリングプロセスにかける。
前記成形体は、60mm以下の厚みを有するプレートの形態で設計される。
プレート状成形体上におけるCTE及び酸化チタン濃度の決定において、厚みにわたって平均化された測定値は、完成したミラー基板用ブランクのより大きい厚みにわたる測定結果よりも重要なものとなる。成形体が薄いほど(より正確には、測定光路が短いほど)、測定される平均値が重要かつ正確なものとなる。
本発明によるブランクを製造する方法は、
(a)ケイ素含有出発物質とチタン含有出発物質との火炎加水分解によって、第1の酸化チタン濃度を有する、SiOの第1の多孔質スート体を作製する、本発明による方法工程と、
(b)前記第1の酸化チタン濃度を有し、その平均ヒドロキシル基含有量が300重量ppm未満に設定される第1のTiO−SiOガラスが得られるように、前記第1のスート体を乾燥及び焼結させる、本発明による方法工程と、
(c)前記TiO−SiOガラスを、酸化作用を有する雰囲気中で2000℃より高い温度に加熱することによって、軟化させて、再成形した結果、5×1016分子/cm未満の平均水素濃度がもたらされる均一化プロセスにおいて、前記第1のTiO−SiOガラスを均一化させる、本発明による方法工程と、
(d)200重量ppm〜300重量ppmの範囲の平均ヒドロキシル基含有量、及び5×1016分子/cm未満の平均水素濃度を有する前記第1のTiO−SiOガラスを成形し、それによって成形体を得る、本発明による方法工程と、
(e)920℃〜970℃の範囲の仮想温度Tの平均値において、前記TiO−SiOガラスが、該仮想温度Tに対するそのゼロクロス温度TZCの依存性を示し、微分商dTZC/dTとして表されるその依存性が0.3未満であるように、前記成形体をアニールする、本発明による方法工程と、
を含む。
それにより得られるTiO−SiOガラスの成形体は、研削及び研磨等の機械加工後にミラー基板用ブランクとして直接使用してもよく、又は、ブランクへと更に加工される一次製品の役割を果たす。その構造及びその化学組成のために、それにより製造されるTiO−SiOガラスは、ブランクの容積にわたって仮想温度の不均一な分布に比較的影響を受けにくい、CTE及びゼロクロス温度TZCを示すため、熱膨張を、実際の使用中に発生する、ブランクの厚みにわたる温度分布に適合させるのに比較的単純な構造設計を可能とする。これは以下でより詳細に説明する。
ZCに対する化学組成及びガラス構造の影響
TiO−SiOガラスの熱膨張係数CTE及びゼロクロス温度TZCは、チタン濃度、ヒドロキシル基含有量、及び仮想温度に依存する。
仮想温度がガラスの熱履歴に依存することから、ミラー基板用ブランクの容積に見られる仮想温度は、常に不均一なものとなり、原則として、エネルギー及び時間を消費するアニーリングプロセスによってのみ、多かれ少なかれ適合させることができる。本発明による方法は、仮想温度に対するCTE及びTZCの低依存性を示すTiO−SiOガラスの製造を可能とするため、この点において確実な切り離しが実現される。
200重量ppm〜300重量ppmの範囲のTiO−SiOガラスの平均ヒドロキシル基含有量は、いわゆる「スート法」に従うガラスの製造において調節可能である。大量のヒドロキシル基を含有する多孔質スート体が本明細書で中間産物として得られる。これらは、ハロゲンを用いた反応性化学処理によって除去することができる。しかしながら、真空下におけるスート体の熱処理によって乾燥を行うことが好ましい。
しかしながら、TiO−SiOガラスの化学組成、及びCTEの温度依存性に対するその影響に関しては、別の観点を受けてスート法が不利であることが判明している。スート体のガラス化には1500℃程度の比較的低い温度が適切である。ルチル(TiO)の微結晶がTiO−SiOガラス中に形成する結果、ガラスの熱膨張に影響を及ぼす高二酸化チタン濃度を有する領域がもたらされることが見出された。これらの微結晶は1855℃の融点を有する。
本発明によれば、ガラス化後に得られるTiO−SiOガラスを、ルチル微結晶が溶融する温度に加熱することが提示される。同時に、TiOを多く含む領域のより均一な分布を実現するように、例えばねじり加工することによって、ガラスを変形させて均一化する。この目的のために、TiO−SiOガラスを、2000℃より高い温度に加熱して、このプロセスにおいて軟化及び再成形させる均一化プロセスにかける。
これは、かなり均一な二酸化チタン分布をTiO−SiOガラスの容積にわたって実現させ、かつルチル微結晶濃度に起因してCTEの空間依存性を低減させるという効果を有する。
他方、均一化中の高温が、Ti3+へのTi4+の部分還元を引き起こすことがある。酸化チタンの酸化状態は、網目構造内のイオンの配位に影響を及ぼし、かつ上記変化が、ルチルの形成と同様に酸化チタンの分布に好ましくない影響を及ぼすことが見出された。したがって、本発明によれば、酸化作用を有する雰囲気を、均一化中に少なくとも一時的に設定する。本明細書では、酸素等の酸化作用を有する気体を、軟化させたガラス塊の周辺に過剰に用意することにより、Ti3+へのTi4+の部分還元を反対に作用させる。
それにより、各TiO−SiOガラスから方法工程(d)に従って作製される成形体は、酸化チタンの実質的に均一な分布を、すなわち四価の酸化状態のチタンを伴って示すことを確実にする。
同時に、製造プロセスに起因して含まれる水素は、高温及び酸化作用を有する雰囲気のために低減されるため、5×1016分子/cm未満、好ましくは1×1016分子/cm未満の極めて低い水素濃度が、TiO−SiOガラスにおいて平均して得られる。
この均一化プロセス中に、TiO−SiOガラスは、略完成形態、例えばプレート形態とすることができる。しかしながら、この成形は多くの場合、別個の成形プロセスで行われる。
成形によって得られる成形体は大抵、その容積にわたる仮想温度の極めて不均一な分布を示す。仮想温度の確実な均等化を実現し、また920℃〜970℃の範囲の値を設定するために、成形体をアニールする。仮想温度をこの温度範囲に設定するのに適するアニーリング方法は、少数の単純試験において解明する必要がある。アニーリングプロセス後にも、上側の表面近くの領域において発生する仮想温度及び下側に発生する仮想温度は、互いに、また(成形体の中央の)容積における仮想温度とも異なり、この差は、ブランクの容積及び厚みに依存し、150mm程度の厚みでは数度の範囲、典型的には5℃程度のものとなる。
上述の手段を用いて製造及び仕上げ加工されるTiO−SiOガラスは、上記に指定したように、ヒドロキシル基含有量及び水素濃度によって、特にゼロクロス温度TZCによって区別され、920℃〜970℃の区間中、ゼロクロス温度TZCは、これまでに知られていないくらい低い程度で仮想温度に依存する。この低依存性は、0.3未満である微分商dTZC/dTとして表される。方法工程(c)による前記均一化プロセスでは、燃料ガスと、該燃料ガスの完全燃焼にとって過剰な量の少なくとも1つの酸化成分とが供給されるバーナー炎を用いて、前記第1のTiO−SiOガラスを少なくとも一時的に加熱することが好ましい。
バーナー炎では、燃料ガスと、燃料ガスを酸化する成分、特に酸素との気体混合物を燃焼させる。一方、燃料ガスが完全燃焼すること、及びTi4+酸化物の部分還元に反対に作用する過剰な量が残存することが、気体混合物中の過剰な酸化成分によって確実なものとされる。
それにより実現される、仮想温度からのTZCの切り離しは実質的に、使用中に発生する動作温度の不均一な分布に対する適合において、仮想温度もパラメータとして考慮しなければならないという問題を軽減するため、この適合プロセスは単純化される。
動作温度の不均一な分布に対する適合が、TiO−SiOガラスの組成、例えばTi濃度又はヒドロキシル基含有量を介して行われる場合、これは自動的に、ガラスブランクの仮想温度の変化、すなわち、仮想温度の絶対値及び容積にわたるその分布の両方に関する変化も伴う。仮想温度のこれらの変化はひいてはTZCに影響を及ぼすため、容積にわたるTZCの適合及び適正な設定が複雑なものとなる。仮想温度のこの妨げとなる影響は、本発明によるブランクの使用によって軽減される。なぜなら、それにより、仮想温度の変化によるTZCのプロファイルへの影響が少なくなるために、ガラスの組成を、より目的に即して、すなわち、妨げとなる仮想温度による影響を低減させることによって所望のTZCへと調節することができるためである。
動作温度の不均一な分布に対する適合は好ましくは、酸化チタン濃度の異なる複数のガラス層を用いて行う。これらのガラス層は、前もって作製された、特にプレート状の複数の成形体を接続させて得られる。前もって作製された成形体は、標準的な測定技術を用いて、完成させたミラー基板よりも正確に特性決定されていなければならない。かくして、二酸化チタン濃度及びCTEは、光学的に又は超音波測定を用いて比較的容易に測定することができる。しかしながら、測定光路にわたって平均した値を得る。完成したミラー基板用ブランクによる測定結果との比較により、平均測定値は、中間段階で存在するプレート状成形体による測定結果においてより妥当なものとなる。本発明によるTiO−SiOガラスでは、二酸化チタン濃度を変化させることによって、仮想温度を変化させるが、これらは、別の方法の従来のものよりもTZCの設定に及ぼす影響が少ない。
ここで、特に好ましい方法の幾つかの変更形態を以下でより詳細に説明する。
各スート体を真空下で、少なくとも1150℃、好ましくは少なくとも1200℃の温度に加熱することによって、スート体を乾燥させることが好ましい。
ヒドロキシル基を200重量ppm〜300重量ppmの範囲をとる含有量まで排除するのに必要とされる処理時間は、高処理温度を用いることで短縮される。
方法工程(c)による均一化プロセスは、ねじり加工することを含む場合に有用であることが判明し、該ねじり加工では、各TiO−SiOガラスによる円筒形の出発基体を、2つの把持具の間に把持し、帯域毎に溶融温度まで加熱し、加熱した帯域を、2つの把持具の互いに対する相対運動により加工することによって、3方向に均一化されるねじれた基体を形成する。
この目的のために、欧州特許出願公開第673888号に記載されているように、出発基体を、1つ又は複数の加熱バーナーが備え付けられたガラス旋盤に留め、成形プロセスを用いて均一化させることで、層を完全に除去することとする。本発明によるこの方法の変更形態では、出発基体を、酸化バーナー炎を伴う加熱バーナーを用いて、2000℃より高く局所的に加熱することによって、軟化させる。出発基体は、その縦軸を中心にして2つの把持具の互いに対する別々の方向の相対運動によりねじり、軟化させたガラス塊を十分に混ぜ合わせる。この均一化プロセスにより、出発基体中に存在するルチル微結晶が溶融し、三価のTi3+へのTi4+の還元、及び付随する配位の変化が回避されるため、酸化チタン濃度の一様な分布が全体として得られる。
2つ以上の成形体を連結させる場合、第1の成形体の平坦な接触面と、第2の成形体の平坦な接触面とを、オプティカルコンタクト接合により連結させ、互いに溶接する。
これは、接触面の直接的な領域に著しい加熱が施されるとは言い難い「冷間接合法(cold bonding method)」である。この連結法は熱間工程を必要としないため、事前に設定された特徴、特にCTE及び仮想温度の設定に関するものは変更されない。
代替形態として、この接合は、第2の成形体上に載せた上側の成形体を炉内で軟化させて、上記の基体と一緒に変形させる接合工程を含んでいてもよい。
これは、プレート又はロッド等の個々の成形体が溶接によって互いに連結する「熱間接合法(hot bonding method)」である。接触面の間に補助剤、例えばTiO−SiOガラスの粒子を含むスラリーを投入して、材料と材料との接合を促すことも可能である。しかしながら、予め設定された仮想温度は、高温における連結プロセスに起因して変化することがある。必要であれば、既に連結させたミラー基板を、後続のアニーリング工程で処理する。元の成形体の化学組成に応じて、大抵異なる仮想温度が得られる。
ここで、実施形態及び図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
曲面を有するミラー基板における温度成層を示す図である。 種々のTiO−SiOガラスについて、仮想温度Tに対するゼロクロス温度TZCの依存性、すなわちそれらの特性関数TZC=f(T)を示す図である。 図2から得られる特性関数TZC=f(T)の導関数(接線勾配)を用いた図である。
図1は、表面上に50℃の温度を付したときに熱平衡状態で得られる、曲面を有する円形のミラー基板における温度分布を示している。「X」は半径を指し、y軸のスケールは厚みを示し、いずれもm単位である。最大温度差はわずかに摂氏5度であるが、これは、基板の上側と下側との間だけでなく、上側と側端との間にも示される。
この温度分布は、TZCを、酸化チタン濃度のみを介して温度分布に正確に適合させようとする場合に、基板内の酸化チタン濃度を変えるのに必要とされる多大な労力を実証するものである。別の悪化因子は、製造プロセスに起因して、ガラスのミラー基板用ブランクが、それらの容積にわたってそれらの仮想温度の或る特定の変化を示すことであり、該変化はCTEに影響を及ぼすものである。
本発明によるミラー基板用ブランクは、仮想温度に対するCTEのより低い温度依存性を示すため、これらの適合労力は全く必要ないか、又は少なくともより小さくて済む。これは以下で実施例を参照して説明する。
[異なる酸化チタン濃度及び仮想温度を有する成形体の作製]
(サンプル1a):TiO−SiOガラスのプレート
約8重量%のTiOでドープされる合成TiO−SiOガラスからなるスート体を、既知のOVD法を用いて、供給原料としてオクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)とチタンイソプロポキシド[Ti(OPr]との火炎加水分解によって作製し、SiO−TiO粒子を形成する。
スート体を、真空下約1150℃の温度(T乾燥)で、グラファイトの加熱エレメントを備える加熱炉内において脱水させる。加熱炉に設けたグラファイトを還元条件に設定する。脱水処理は2時間後に終える(t乾燥)。
続いて、乾燥させたスート体を、焼結炉内において約1500℃の温度で真空(10−2mbar)下において、TiO−SiOガラスの透明なブランクへとガラス化させる。ガラスの平均ヒドロキシル基含有量は約250重量ppmである。
ガラスを引き続き、熱機械的均一化(ねじり加工)及びTiO−SiOガラスの円筒の形成によって均一化させる。この目的のために、欧州特許出願公開第673888号に記載されているように、ロッド状の出発基体を、酸水素バーナーが備え付けられたガラス旋盤に留め、成形プロセスにおいて均一化させることで、層を完全に除去する。ここでこのプロセスでは、出発基体を、酸水素バーナーを用いて2000℃より高く局所的に加熱して、軟化させる。ここでは酸素1モル当たり1.8モルの水素を酸水素バーナーに供給することによって、酸化作用を有する酸水素炎を発生させる。
出発基体は、その縦軸を中心にして2つの把持具の互いに対する相対運動によってねじり、軟化させたガラス塊を径方向に十分に混合させて、ねじれた基体を形成する。約90mmの直径及び約635mmの長さを有する細長いねじれた基体が得られる。更なる成形プロセスでは、ねじれた基体をボール状の塊へと圧縮し、ボール状の塊の把持具の接触点を90度ずらす。更にねじれた基体が、把持具を引き離すことによって、また相互に回転させることによって得られる。この成形プロセスは、全ての方向において均一化されるブランクが得られるまで繰り返す。このように均一化されたTiO−SiOガラスは、3方向に脈理(striae)を含まず、ルチル微結晶を含有せず、また均一な酸化チタン濃度を示す。
それによって、30cmの直径及び5.7cmの厚みを有する、TiO−SiOガラスの丸いプレートがブランクから形成される。
機械的応力を低減するために、また所与の仮想温度を設定するために、ガラスプレートをアニーリング温度に付す。ガラスプレートをここでは、空気中及び大気圧において、1080℃(T1アニーリング)に8時間(t1アニーリング)の保持時間の間加熱し、続いて、4℃/時間の冷却速度で950℃の温度(T2アニーリング)まで冷まし、この温度で4時間(t2アニーリング)維持する。その後すぐに、TiO−SiOガラスプレートを50℃/時間の速い冷却速度で300℃の温度まで冷ましたら、炉のスイッチを切り、ガラスプレートを炉内で自然冷却させる。
更なる処理のために、ガラスプレートの損傷した表面層を取り除き、平坦な側面を研磨して、29.4cmの直径及び5.1cmの厚みdとする。
それにより得られたプレート(サンプル1a)は、7.7重量%の酸化チタンを含有する特に高品質の均一化されたTiO−SiOガラスからなる。ヒドロキシル基含有量は250重量ppmとなり、1×1016分子/cmの平均値が水素濃度について求められる。厚み全体にわたって測定される平均仮想温度は968℃である。
2つの更なるガラスプレート(サンプル1b及び1c)を、同じTiO−SiOガラスから、同じ製造方法を用いて作製する。違いはアニーリング方法のみである。サンプル1bでは、サンプル1aよりもt2アニーリングを短くし、サンプル1cでは、t2アニーリングを僅かに長くする。サンプルは、厚みにわたって測定される以下の平均仮想温度を示す。
サンプル1a:968+/-2.5℃
サンプル1b:993+/-5.1℃
サンプル1c:938+/-4.2℃
これらのサンプルについて、"R. Schoedel, Ultra-high accuracy thermal expansion measurements with PTB's precision interferometer" Meas. Sci. Technol. 19 (2008) 084003 (11頁)"に記載されているように、干渉法によって平均熱膨張係数を求める。サンプルの各TZCは、このように測定されるCTE値から既知の方法で算術的に得られる。
7.4重量%の酸化チタン含有量及び880重量ppmのヒドロキシル基含有量を有する市販のTiO−SiOガラスからもサンプルを切り取り、これらを測定した。場合によっては、大きいヒドロキシル基含有量に起因して、これらのサンプルの全てにおいて仮想温度が僅かに低いことがある。アニーリング後、仮想温度は、切り取った3つのサンプルにおいて約902℃〜957℃の間で変動する。
図2は、2つの一連の測定の比較を示すものである。曲線Aは、市販のTiO−SiOガラスから切り取ったサンプルの測定値に関連するものであり、曲線Bは、本発明によるTiO−SiOガラスに関するサンプル1a、サンプル1b及びサンプル1cの測定値に関連するものである。縦座標には、測定された仮想温度T(℃)に対するゼロクロス温度TZC(℃)をプロットしている。
曲線Bは比較的平らなプロファイルを示す。関数及びTZCの傾きは両方とも、仮想温度に伴って僅かに増大し、993℃程度の仮想温度で、TZC=36℃を有する最大値に達する。
図3は、図2の曲線A及び曲線Bの導関数を示すものである。微分商dTZC/dTを仮想温度Tに対してプロットする。曲線A’は、曲線Aの関数の接線勾配を示し、曲線B’は曲線B1の接線勾配を示す。これから、993℃程度の仮想温度の測定値において曲線Bの接線勾配が約0.35であること(微分商dTZC/dT=0.35)を知ることができる。しかしながら、980℃未満の仮想温度では、微分商dTZC/dTが0.3を下回る。
比較すると、測定曲線Aは、仮想温度に応じたTZCのより急勾配の曲線を示す。図3に見ることができるように、920℃〜970℃のT区間で微分商dTZC/dTが0.3より小さいところはどこにもなく、915℃未満の仮想温度でこの値に達するだけである。これは、市販のTiO−SiOガラスにおける仮想温度に対するTZCの依存性が大きいことを示す。
ルチル微結晶の排除、Ti3+形成の還元又は防止、及び酸化チタン濃度の付随する均一化に関連して、本発明に従って製造されるTiO−SiOガラスの影響の受けやすさのこのような低減によって、成形体内における熱膨張係数のより厳密でより単純かつより均一な調節だけでなく、ミラー基板用ブランクの、TZCに対する前向きな極めて単純な適合も可能となる。
(サンプル2及びサンプル3):TiO−SiOガラスの更なるプレート
サンプル1aに関して説明したように、TiOの濃度が異なる合成TiO−SiOガラスのスート体を、OMCTSとチタンイソプロポキシド[Ti(OPr]との火炎加水分解によって作製する。濃度は表1に示す。
サンプル1aと同様に、スート体をそれぞれ、真空下1150℃の温度で、グラファイトの加熱エレメントを備える加熱炉内において脱水させる。
続いて、乾燥させたスート体を、約1500℃で真空(10−2mbar)下において、TiO−SiOガラスの透明なブランクへとガラス化させる。チタンドープシリカガラスの平均ヒドロキシル基含有量はいずれもおよそ250重量ppmである。
このように得られたガラスを引き続き、酸化雰囲気中における熱機械的均一化(ねじり加工)によって更に加工する。サンプル2はここで3方向に均一化される(サンプル1aに関して説明したものと同様に行う。表1中、均一化のこのタイプを「3D」と称する)。サンプル1a及びサンプル2と同様に、サンプル3も酸化雰囲気中で均一化させたが、1方向でのみ均一化させた(表1中、均一化のこのタイプを1Dと称する)。
ブランクから形成される丸いTiO−SiOガラスプレートは、30cmの直径、並びに5.7cm(サンプル2)及び5.1cm(サンプル3)の厚みdを有する。
これらをアニーリング温度に付すことによって、所与の仮想温度を設定する。サンプル2では、この処理が、サンプル1aにおけるものと略同じである(しかしながら、サンプル2ではT2アニーリングを930℃とする)。
サンプル3では、TiO−SiOガラスプレートを、空気中及び大気圧において、1080℃に8時間の保持時間の間加熱し、続いて、4℃/時間の冷却速度で980℃の温度まで冷まし、この温度で4時間維持する。続いて、TiO−SiOガラスプレートを50℃/時間のより速い冷却速度で300℃の温度まで冷ましたら、炉のスイッチを切り、プレートを炉内で自然冷却させる。サンプル3のTiO−SiOガラスは980℃の平均仮想温度を有する。
次の処理工程前に、円筒形のサンプルの前面及び円筒形の外表面から層を取り除いて、いずれも29.4cmの直径及び5.1cmの厚みとした。
サンプル2では、両方の平坦な側面を研磨し、サンプル3の場合には2つの平坦な側面の一方を研磨する。
(サンプル4及びサンプル5):比較用サンプル
サンプル1aに関して説明したように、TiOの濃度が異なる合成TiO−SiOガラスのスート体を、OMCTSとチタンイソプロポキシド[Ti(OPr]との火炎加水分解によって作製する。濃度は表1に示す。
サンプル4のスート体を、サンプル1〜サンプル3と同じ方法で脱水させる。サンプル5のスート体では、脱水処理を省略する。
スート体を、約1500℃で真空(10−2mbar)下において、TiO−SiOガラスの透明なブランクへとガラス化させる。サンプル4のTiO−SiOガラスの平均ヒドロキシル基含有量は約250重量ppmであり、サンプル5のものは350重量ppmである。
サンプル5をその後、熱機械的均一化(ねじり加工)によって更に加工する。酸水素バーナーは、全プロセス中、化学量論的に中性な炎により、すなわち1:2の酸素/水素のモル比で作動させる。他の点では、サンプル1aに関して記載したようにサンプル5の均一化を行う。サンプル4では、均一化を省略する。
所与の仮想温度を設定するために、ブランクを両方とも、サンプル1aに関して記載したようにアニーリング処理にかける。その後、サンプル4のTiO−SiOガラスは967℃の平均仮想温度を有し、サンプル5のものは、そのより高いヒドロキシル基含有量に起因して952℃の平均仮想温度を有する。
次の処理工程前に、円筒形のサンプルの前面及び円筒形の外表面から層を取り除いて、いずれも29.4cmの直径及び5.1cmの厚みとした。
2つのサンプル4及びサンプル5について、平坦な側面をそれぞれ研磨する。
被検査物を全てのサンプルから取り、実施例1に関して説明したように、仮想温度に対するTZCの依存性を求め、接線勾配も平均仮想温度範囲において求めた。
サンプル1a及びサンプル2〜サンプル5の各々の製造パラメータ及び特性を表1にまとめる。サンプル6は、図2の測定曲線Aの基となる市販のTiO−SiOガラスに相当する。「?」とした製造パラメータの値は、そのガラスについて不明なものである。
Figure 2016511211
ΔT(±)として示される行は、サンプルの厚みにわたって測定した平均値からの仮想温度の変動幅を示す。dTZC/dTで示される行は、それぞれ測定した、仮想温度の平均値における、曲線A及び曲線Bそれぞれの微分商を示し、最後の行は、その上の3つの行からのデータに基づき求められる、サンプルの厚み全体にわたるTZCの極大差を示す。
サンプル1〜サンプル3の各々は、不均一な温度プロファイルで変形が小さいミラー基板用ブランクと同じように容易に使用することができる。
温度プロファイルに対する更なる適合は、異なる組成のTiO−SiOガラスを互いに組み合わせてミラー基板用ブランクとした場合に実現されると考えられる。これは以下でより詳細に説明する。
[幾つかの成形体を連結させることによるミラー基板用ブランクの作製]
(実施例1)
図1に示されるような温度プロファイルにTZCを適合させるために、ミラー基板用ブランクは2つの層のみから構成される。サンプル1及びサンプル2は、それらの研磨した平坦な側面でオプティカルコンタクト接合によって連結されると、引力に基づき気泡のない接合部が得られる。この接合した複合体を炉内で1650℃の温度に15分間加熱する。これにより、気泡の少ない接触面を有する溶融複合体がもたらされ、この溶融複合体は、酸化チタン濃度が異なる、同一サイズの2つの帯域からなるものの、それらの平均仮想温度は略同じとなる。
機械的応力を排除するために溶融複合体をアニールする。溶融複合体のアニーリング中の温度プロファイルは以下のとおりである。1080℃の温度に加熱し、10時間の保持時間の間、該温度で保持し、4℃/時間の冷却速度で950℃の温度まで冷却して、12時間の間該温度で保持した後、室温まで自然冷却させる。
このように作製されるミラー基板用ブランクは、異なる化学組成の2つの構成要素、すなわち、サンプル1の上側成形体及びサンプル2の下側成形体のみから構成される。これらは、実質的に平らで平坦な接触面を介して相互に接続する。
図1の温度プロファイルに対するTZCのこの僅かな適合は、全体として、所与の温度プロファイルにおけるミラー基板の変形を小さなものとすることを確実にするのに十分なものである。動作中の残る縦方向の膨張はあらゆる点において0+/-10ppb/℃の範囲内である。
ミラー基板用ブランクは、EUVリソグラフィに使用されるチタンドープガラスのミラー基板を製造する役割を果たす。ミラー基板を製造するために、サンプル1によって形成されかつ目的とされる使用中にEUV光線に曝される、ミラー基板用ブランクの上側に、研削及び研磨を含む機械的処理を施す。それによって、凹状に湾曲した表面領域としてミラーの外形が作製される。
(比較例1)
図1に示されるような温度プロファイルにTZCを適合させるために、実施例1に記載される手法に基づきミラー基板用ブランクを2つの層から構築する。対して、サンプル1の代わりに、サンプル4を使用する。サンプル4の製造方法は、サンプル1のものに相当するものの、均一化は行わない。
ZCのこの適合は、全体として、所与の温度プロファイルにおけるミラー基板の変形を僅かなものとすることを確実にするのに十分でない。動作中の残る縦方向の膨張も所々で0+/-20ppb/℃を上回る。

Claims (10)

  1. EUVリソグラフィに使用されるミラー基板用のTiO−SiOガラスから作られるブランクであって、920℃〜970℃の範囲の仮想温度Tの平均値において、該TiO−SiOガラスが、該仮想温度Tに対するそのゼロクロス温度TZCの依存性を示し、微分商dTZC/dTとして表されるその依存性が0.3未満であることを特徴とする、EUVリソグラフィに使用されるミラー基板用のTiO−SiOガラスから作られるブランク。
  2. 前記微分商dTZC/dTが0.25未満であることを特徴とする、請求項1に記載のブランク。
  3. 前記TiO−SiOガラスが、200重量ppm〜300重量ppmの範囲の平均ヒドロキシル基含有量を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のブランク。
  4. 前記TiO−SiOガラスが、5×1016分子/cm未満の平均水素濃度、好ましくは1×1016分子/cm未満の平均水素濃度を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のブランク。
  5. 前記ブランクの範囲が上側面及び下側面によって定められ、上側面と下側面との間の前記TiO−SiOガラスが、酸化チタン濃度の不均一なプロファイルを示すことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のブランク。
  6. 前記ブランクが、第1の酸化チタン濃度を有するTiO−SiOガラスの第1の成形体と、該第1の成形体に接続する第2の酸化チタン濃度を有するTiO−SiOガラスの第2の成形体とを含む複合体として構成されることを特徴とする、請求項5に記載のブランク。
  7. 前記第1の成形体が第1の平均仮想温度を有し、前記第2の成形体が第2の平均仮想温度を有し、該第1の仮想温度及び該第2の仮想温度が互いに異なることを特徴とする、請求項6に記載のブランク。
  8. 前記成形体が、60mm以下の厚みを有するプレートの形態で設計されることを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一項に記載のブランク。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のブランク又はこのようなブランク用の一次製品としての成形体を製造する方法であって、
    (a)ケイ素含有出発物質とチタン含有出発物質との火炎加水分解によって、第1の酸化チタン濃度を有する、SiOの第1の多孔質スート体を作製する工程と、
    (b)前記第1の酸化チタン濃度を有し、その平均ヒドロキシル基含有量が300重量ppm未満に設定される第1のTiO−SiOガラスが得られるように、前記第1のスート体を乾燥及び焼結させる工程と、
    (c)前記TiO−SiOガラスを、酸化作用を有する雰囲気中で2000℃より高い温度に加熱することによって、軟化させて、再成形した結果、5×1016分子/cm未満の平均水素濃度がもたらされる均一化プロセスにおいて、前記第1のTiO−SiOガラスを均一化させる工程と、
    (d)300重量ppm未満の平均ヒドロキシル基含有量、及び5×1016分子/cm未満の平均水素濃度を有する前記第1のTiO−SiOガラスを成形し、それによって成形体を得る工程と、
    (e)920℃〜970℃の範囲の仮想温度Tの平均値において、前記TiO−SiOガラスが、該仮想温度Tに対するそのゼロクロス温度TZCの依存性を示し、微分商dTZC/dTとして表されるその依存性が0.3未満であるように、前記成形体をアニールする工程と、
    を含む、方法。
  10. 方法工程(c)による前記均一化プロセスでは、燃料ガスと、該燃料ガスの完全燃焼にとって過剰な量の少なくとも1つの酸化成分とが供給されるバーナー炎を用いて、前記第1のTiO−SiOガラスを少なくとも一時的に加熱することを特徴とする、請求項9に記載の方法。
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