JP2017186254A - Deuteroxyl-doped silica glass, optical member and lithographic system comprising the same, and method of making the same - Google Patents

Deuteroxyl-doped silica glass, optical member and lithographic system comprising the same, and method of making the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthetic silica material having a low level of polarization-induced birefringence, and a high level of initial internal transmission, and to provide a method of making the same.SOLUTION: What is disclosed includes OD-doped synthetic silica glass capable of being used in optical elements for use in lithography with wavelengths below about 300 nm. OD-doped synthetic silica glass was found to have significantly lower polarization-induced birefringence value than non-OD-doped silica glass with comparable concentration of OH. Also disclosed are: the OD-doped synthetic silica glasses; an optical member comprising such glasses; and lithographic systems comprising such optical member. The glass is particularly suitable for immersion lithographic systems due to the exceptionally low polarization-induced birefringence values at about 193 nm.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、合成石英ガラス材料、そのようなガラス材料を有する光学素子及び光学装置並びにそのようなガラス材料の作成方法に関する。特に、本発明は、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置の光学素子に用いることができる合成石英ガラス材料、そのようなガラス材料からなる光学素子、そのような光学素子を備えるリソグラフィシステム、そのようなガラス材料を作成するためのプロセス及びそのようなプロセスで作成されるスートプリフォームに関する。本発明は、例えば、深UV及び真空UVリソグラフィ装置、特に直線偏光UV光が用いられる浸漬リソグラフィに関わるリソグラフィ装置に用いられる光学素子のための合成石英ガラスの作成に、有用である。   The present invention relates to a synthetic quartz glass material, an optical element and an optical device having such a glass material, and a method for producing such a glass material. In particular, the present invention relates to a synthetic quartz glass material that can be used in an optical element of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm, an optical element made of such a glass material, a lithography system comprising such an optical element, The present invention relates to a process for producing such a glass material and a soot preform produced by such a process. The invention is useful, for example, in the production of synthetic quartz glass for optical elements used in deep UV and vacuum UV lithographic apparatus, in particular lithographic apparatus involving immersion lithography in which linearly polarized UV light is used.

工業的に実施されているように、レンズ、プリズム、フィルタ、フォトマスク、リフレクタ、エタロンプレート及び窓のような石英ガラス光学部材は大量生産炉で製造されたバルク石英ガラス塊から作製されている。大量生産炉で製造されたバルク石英ガラス塊は、技術上、プリフォーム、ブールまたはインゴットとして知られている。ブールまたはインゴットからブランクが切り出され、ブランクからのガラス片の、切断工程、研磨工程及び/またはコーティング工程を含めることができるが、これらには限定されない、製造工程を利用して、ガラスブランクから完成光学部材が作製される。これらの光学部材の多くは、約360nmないしさらに短い波長を有する紫外光、例えば、エキシマーレーザビームまたは何か他の紫外レーザビームにさらされる環境で用いられる、様々な装置で用いられる。光学部材は、高密度集積回路を作成するためのレーザ露光リソグラフィ装置、レーザ発生装置、医用装置、核融合装置、あるいは大パワー紫外レーザビームを用いる何か別の装置を含む、様々な装置に組み込まれる。   As practiced in the industry, quartz glass optical components such as lenses, prisms, filters, photomasks, reflectors, etalon plates and windows are made from bulk quartz glass blocks made in a mass production furnace. Bulk quartz glass lumps produced in a mass production furnace are known in the art as preforms, boules or ingots. A blank is cut from a boule or ingot and completed from a glass blank using a manufacturing process, which can include, but is not limited to, cutting, polishing and / or coating of glass pieces from the blank. An optical member is produced. Many of these optical components are used in a variety of devices used in environments exposed to ultraviolet light having a wavelength of about 360 nm or shorter, such as an excimer laser beam or some other ultraviolet laser beam. Optical members are incorporated into a variety of devices, including laser exposure lithography equipment, laser generators, medical devices, fusion devices, or any other device that uses high power ultraviolet laser beams to create high density integrated circuits. It is.

レーザの光子エネルギー、パルスエネルギー及びパルスレートが高くなるにつれて、そのようなレーザとともに用いられる光学部材がさらされるエネルギーレベルが高くなる。石英ガラスは、その優れた光学特性及び耐光誘起損傷強度によって、そのようなレーザベース光学システムにおける光学部材のために選ばれる材料として広く用いられるようになっている。   As the photon energy, pulse energy, and pulse rate of a laser increase, the energy level to which an optical member used with such a laser is exposed increases. Quartz glass has become widely used as the material of choice for optical members in such laser-based optical systems due to its excellent optical properties and light-induced damage strength.

レーザ技術は進歩して短波長の高エネルギー紫外スペクトル領域に入り、その効果はレーザでつくられる光の周波数が高くなる(波長が短くなる)ことである。約248nm,193nm,157nm及びさらに短い波長で動作するレーザを含むが、これらには限定されない、UV及び深UV(DUV)及び真空UV波長範囲で動作する短波長レーザが特に注目される。エキシマーレーザシステムは微細リソグラフィ用途に普及しており、波長を短くすることによって集積回路及びマイクロチップの製造における最高解像度、したがって線密度を高めることが可能になり、よって縮小された最小寸法を有する回路の製造が可能になる。波長が短くなる(周波数が高くなる)ことの直接の物理的結果は光子エネルギーが高くなることである。そのような光学システムにおいて、石英ガラス光学系は高照射レベルに長時間さらされ、この結果、光学部材の光学特性の劣化が生じ得る。   Laser technology has progressed into the short-wavelength high-energy ultraviolet spectral region, the effect of which is that the frequency of light produced by the laser increases (the wavelength decreases). Of particular note are short wavelength lasers operating in the UV and deep UV (DUV) and vacuum UV wavelength ranges, including but not limited to lasers operating at about 248 nm, 193 nm, 157 nm and even shorter wavelengths. Excimer laser systems are widespread in microlithography applications, and shortening the wavelength allows the highest resolution and therefore linear density in integrated circuit and microchip manufacturing to be increased, and thus circuits with reduced minimum dimensions Can be manufactured. The direct physical consequence of shorter wavelengths (higher frequencies) is higher photon energy. In such an optical system, the quartz glass optical system is exposed to a high illumination level for a long time, which can result in degradation of the optical properties of the optical member.

そのような光誘起劣化は、光透過レベルを低下させ、ガラスを変色させ、屈折率を変え、密度を変え、ガラスの吸収レベルを高めることによって、石英ガラス光学系の光学特性及び性能に悪影響を与える。長年にわたり、石英ガラスの耐光損傷強度を向上させるための多くの方法が提案されてきた。火炎加水分解、CVDスート再融解プロセス、プラズマCVDプロセス、石英結晶粉末の電気融解のような方法及びその他の方法によって作成された高純度石英ガラスは様々な度合いでレーザ損傷を受け易いことが一般に知られている。   Such light-induced degradation adversely affects the optical properties and performance of quartz glass optics by reducing the light transmission level, discoloring the glass, changing the refractive index, changing the density, and increasing the absorption level of the glass. give. Over the years, many methods have been proposed to improve the light damage resistance of quartz glass. It is generally known that high purity quartz glass made by methods such as flame hydrolysis, CVD soot remelting process, plasma CVD process, electromelting of quartz crystal powder and other methods are susceptible to laser damage to varying degrees. It has been.

石英ガラスが非偏光または円偏光UVレーザビームにさらされると、通常は露光ビームの周縁領域において、レーザ損傷によって生じる歪により追加の複屈折(誘起縁端複屈折)が発生するが、光ビームの中心領域では、誘起複屈折は通常は無視できる。最近、石英材料に対するレーザ損傷の新しい現象が観察された。石英ガラスが直線偏光深UVレーザビームにさらされると、誘起縁端複屈折に加え、ガラスの露光領域の中心に複屈折(偏光誘起複屈折すなわちPIB)がさらに誘起される。誘起複屈折、特に偏光誘起複屈折は、レンズ系の開口数を拡大するために最終レンズ素子とウエハの間の隙間を液体が満たす、浸漬リソグラフィシステムに対して特に問題となる。そのような浸漬リソグラフィシステムでは、UV光の偏光状態が、望ましくは直線偏光に、制御される必要がある。ガラスの誘起複屈折はUV光の偏光状態を変え、位相コントラスト及びシステム解像度を低下させる。したがって、深UV及び真空UV浸漬リソグラフィシステムに対しては、レンズ素子の作成に用いられるガラス材料が、低光誘起波面歪曲(LIWFD)及び高透過率に加えて、直線偏光または楕円偏光UV光にさらされたときに、低誘起複屈折損傷、特に低偏光誘起複屈折を有することが極めて望ましい。   When quartz glass is exposed to an unpolarized or circularly polarized UV laser beam, additional birefringence (induced edge birefringence) is usually generated in the peripheral region of the exposure beam due to distortion caused by laser damage, but the light beam In the central region, induced birefringence is usually negligible. Recently, a new phenomenon of laser damage to quartz materials has been observed. When quartz glass is exposed to a linearly polarized deep UV laser beam, in addition to induced edge birefringence, birefringence (polarization induced birefringence or PIB) is further induced in the center of the exposed area of the glass. Induced birefringence, particularly polarization-induced birefringence, is particularly problematic for immersion lithography systems where the liquid fills the gap between the final lens element and the wafer in order to increase the numerical aperture of the lens system. In such an immersion lithography system, the polarization state of the UV light needs to be controlled, preferably to linear polarization. The induced birefringence of the glass changes the polarization state of the UV light and reduces phase contrast and system resolution. Thus, for deep UV and vacuum UV immersion lithography systems, the glass material used to make the lens elements can be linearly or elliptically polarized UV light in addition to low light induced wavefront distortion (LIWFD) and high transmittance. It is highly desirable to have low induced birefringence damage, particularly low polarization induced birefringence, when exposed.

したがって、とりわけ、低レベルの偏光誘起複屈折、低レベルの光誘起波面歪曲及び高レベルの初期内部透過率を有する、合成石英材料及びその作成方法が必要とされている。   Accordingly, there is a need for synthetic quartz materials and methods of making the same that have, among other things, low levels of polarization-induced birefringence, low levels of light-induced wavefront distortion, and high levels of initial internal transmittance.

本発明の課題は、低レベルの偏光誘起複屈折、低レベルの光誘起波面歪曲及び高レベルの初期内部透過率を有する、合成石英材料及びその作成方法を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a synthetic quartz material and a method of making the same having a low level of polarization-induced birefringence, a low level of light-induced wavefront distortion and a high level of initial internal transmittance.

リソグラフィ用途に用いるための合成石英ガラスに対する上記課題は、本発明によって決される。   The above problems for synthetic quartz glass for use in lithography applications are determined by the present invention.

本発明の第1の態様にしたがえば、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができる、OD及び、必要に応じて、OHを含有し、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が2×10-4より高い、ODドープ合成石英ガラスが提供される。 According to a first aspect of the present invention, an OD that can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus that operates at a wavelength shorter than about 300 nm, and optionally contains OH and n (OD ) / (N (OD) + n (OH)) ratio is provided which is higher than 2 × 10 −4 .

本発明の第1の態様の一実施形態において、ガラスは重量で約500ppmより少ないOH及び0.15〜1400ppmのODを含有する。   In one embodiment of the first aspect of the present invention, the glass contains less than about 500 ppm by weight OH and 0.15-1400 ppm OD.

本発明の第1の態様の別の実施形態において、ガラスは重量で約150ppmより少ないOH及び約0.1〜1400ppmのODを含有する。   In another embodiment of the first aspect of the invention, the glass contains less than about 150 ppm by weight OH and about 0.1-1400 ppm OD.

本発明の第1の態様のまた別の実施形態において、ガラスは重量で約20ppmより少ないOH及び約0.01〜1400ppmのODを含有する。   In yet another embodiment of the first aspect of the invention, the glass contains less than about 20 ppm by weight OH and about 0.01-1400 ppm OD.

本発明の第1の態様のさらに別の実施形態において、ガラスは重量で約20ppmより少ないOH及び約0.01〜300ppmの範囲のODを含有する。   In yet another embodiment of the first aspect of the invention, the glass contains less than about 20 ppm OH by weight and an OD in the range of about 0.01-300 ppm.

本発明の第1の態様のさらに別の実施形態において、ガラスは重量で約20ppmより少ないOH及び約0.01〜150ppmの範囲のODを含有する。   In yet another embodiment of the first aspect of the invention, the glass contains less than about 20 ppm OH by weight and an OD in the range of about 0.01-150 ppm.

本発明の第1の態様のまた別の実施形態において、ガラスは重量で約1ppmより少ないOH及び約0.01〜150ppmの範囲のODを含有する。   In yet another embodiment of the first aspect of the invention, the glass contains less than about 1 ppm OH by weight and an OD in the range of about 0.01-150 ppm.

本発明の第2の態様は、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができる、上で要約して説明され、以下で詳細に説明される、本発明のODドープ合成石英ガラスからなる光学部材である。いくつかの実施形態において、光学部材は、光学部材の本体の少なくとも一部を照射光が通過する、屈折光学部材である。別のいくつかの実施形態において、光学部材は、光学部材の表面の少なくとも一部上で照射光が反射される、反射光学部材である。   A second aspect of the present invention can be used in the optical path of lithographic illumination light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm, as summarized above and described in detail below. It is an optical member made of OD-doped synthetic quartz glass. In some embodiments, the optical member is a refractive optical member in which illumination light passes through at least a portion of the body of the optical member. In some other embodiments, the optical member is a reflective optical member in which illumination light is reflected on at least a portion of the surface of the optical member.

本発明の第3の態様は、上で要約して説明され、以下で詳細に説明される、本発明の光学部材を備えるリソグラフィシステムである。いくつかの実施形態において、リソグラフィシステムは浸漬リソグラフィシステムである。本リソグラフィシステムは、約248nm,193nmないしさらに短い波長で動作することができる。   A third aspect of the present invention is a lithographic system comprising the optical member of the present invention as summarized above and described in detail below. In some embodiments, the lithography system is an immersion lithography system. The lithography system can operate at wavelengths of about 248 nm, 193 nm or even shorter.

本発明の第4の態様は、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるODドープ合成石英ガラス材料を作成するための、
(I)複数のシリカ含有粒子を提供する工程、
(II)粒子がその場で固結して透明ガラス材料になるように、高温の支持堆積面上に複数の粒子を堆積させる工程、
を含み、
得られる石英ガラスがOD及び、必要に応じて、OHを含有し、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が2×10-4より高く、いくつかの実施形態においては約0.1より高いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.3より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.5より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.8より高く、いくつかのまた別の実施形態においては約0.9より高くなるように、工程(I)においては提供される複数の粒子がD含有粒子であり、及び/または工程(II)においては堆積及び固結がD含有雰囲気で行われる、
プロセスである。
A fourth aspect of the present invention is for creating an OD-doped synthetic quartz glass material that can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm.
(I) providing a plurality of silica-containing particles;
(II) a step of depositing a plurality of particles on a high temperature support deposition surface so that the particles are consolidated in-situ into a transparent glass material;
Including
The resulting quartz glass contains OD and, optionally, OH, and the n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio is higher than 2 × 10 −4 , in some embodiments Preferably greater than about 0.1, in some other embodiments greater than about 0.3, in some other embodiments greater than about 0.5, in some other embodiments. And the particles provided in step (I) are D-containing particles such that is greater than about 0.8, and in some other embodiments greater than about 0.9, and / or In step (II), deposition and consolidation are performed in a D-containing atmosphere.
Is a process.

本出願の発明の第5の態様は、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるODドープ合成石英ガラス材料を作成するための、
(A)複数のシリカ含有粒子を有する粒子プリフォームを提供する工程、
(B)必要に応じて、粒子プリフォームを純化及び/または乾燥する工程、
(C)必要に応じて、粒子プリフォームにドーパントをさらにドープする工程、
(D)高温で粒子プリフォームを固結して緻密ガラスにする工程、及び
(E)必要に応じて、工程(D)で得られた固結ガラスをH,HD及び/またはDの存在下で処理する工程、
を含み、
工程(A),(B),(C),(D)及び(E)の内の少なくとも1つにおいて、ODがガラスに導入されるかまたはガラス内に形成される、
プロセスである。
A fifth aspect of the invention of the present application is to create an OD-doped synthetic quartz glass material that can be used in the optical path of lithographic illumination light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm.
(A) providing a particle preform having a plurality of silica-containing particles;
(B) A step of purifying and / or drying the particle preform as required.
(C) A step of further doping the particle preform with a dopant, if necessary,
(D) a step of consolidating the particle preform at a high temperature to form a dense glass, and (E) if necessary, the consolidated glass obtained in step (D) is made of H 2 , HD and / or D 2 Process in the presence,
Including
In at least one of steps (A), (B), (C), (D) and (E), OD is introduced into or formed in the glass,
Is a process.

本発明の第6の態様は、ODドープ合成石英ガラスを作成するための、
(a)複数のODドープシリカ含有粒子を提供する工程、及び
(b)透明ガラスを得るために高温で粒子を溶融する工程、
を含むプロセスである。
A sixth aspect of the present invention provides an OD-doped synthetic quartz glass,
(A) providing a plurality of OD-doped silica-containing particles, and (b) melting the particles at a high temperature to obtain transparent glass,
It is a process that includes

本発明の第7の態様は、上で概略的に説明され、以下で詳細に説明される、本発明のプロセス中に形成される粒子プリフォームである。   A seventh aspect of the present invention is a particle preform formed during the process of the present invention, schematically described above and described in detail below.

本発明の第8の態様は、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるODドープ合成石英ガラスを作成するための、
(a)OHを含有する固結石英ガラスを提供する工程、
(b)ガラス内の所望の[OH]及び[OD]を得るためにH/D交換を行うため、D,H及び/またはHDを含有する雰囲気内で固結ガラスを処理する工程、
を含むプロセスである。
An eighth aspect of the present invention provides an OD-doped synthetic quartz glass that can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus that operates at wavelengths shorter than about 300 nm.
(A) providing a consolidated quartz glass containing OH;
(B) processing the consolidated glass in an atmosphere containing D 2 , H 2 and / or HD in order to perform H / D exchange in order to obtain the desired [OH] and [OD] in the glass;
It is a process that includes

本発明のODドープ合成石英ガラスには、実質的にODドープされていない従来の石英ガラスに比較して、193nmにおけるような、約300nmより短いある波長において、光学性能が高いという利点を有する。   The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention has the advantage of high optical performance at certain wavelengths shorter than about 300 nm, such as at 193 nm, compared to conventional quartz glass that is not substantially OD-doped.

本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、記述及び添付される特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように本発明を実施することによって、ある程度は、容易に明らかになるか、または認められるであろう。   Additional features and advantages of the invention will be set forth in the following detailed description, and it will be apparent to those skilled in the art to practice the invention as described in the description and appended claims, and also in the accompanying drawings. Will be readily apparent or appreciated to some extent.

上述の全般的説明及び以下の詳細な説明は本発明の例示に過ぎず、特許請求されるような本発明の本質及び特徴を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。   The foregoing general description and the following detailed description are merely illustrative of the invention and are intended to provide an overview or framework for understanding the nature and features of the invention as claimed. Of course.

添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。   The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification.

本明細書に用いられるように、術語「D含有化合物」は、重水素原子(Dで表される、 Hまたは D)及び、必要に応じて、水素原子(Hで表される、 H)を含有し、n(D)/(n(D)+n(H))比がDの自然同位元素存在比より高い、化合物または元素物質を意味する。ここで、n(D)はD含有化合物分子内のD原子の総数であり、n(H)はD含有化合物分子内のH原子の総数である。したがって、D含有化合物の例には、D,DH,CD,CDH,DO,DHO等があるが、これらには限定されない。本明細書で用いられるように、術語「D含有」は、元素物質、化合物、材料または雰囲気のn(D)/(n(D)+n(H))比がDの自然同位元素存在比より高いことを意味する。 As used herein, the term “D-containing compound” refers to a deuterium atom (represented by D, 2 1 H or 2 1 D) and, optionally, a hydrogen atom (represented by H). , 1 1 H), and the ratio of n (D) / (n (D) + n (H)) is higher than the natural isotope abundance ratio of D. Here, n (D) is the total number of D atoms in the D-containing compound molecule, and n (H) is the total number of H atoms in the D-containing compound molecule. Thus, examples of D-containing compound, D 2, DH, CD 4 , CDH 3, D 2 O, there is a DHO like, but are not limited to. As used herein, the term “D-containing” refers to a natural isotope abundance ratio where the n (D) / (n (D) + n (H)) ratio of an elemental substance, compound, material or atmosphere is D Means high.

本明細書に用いられるように、術語「ヒドロキシル」またはOHは、それぞれが酸素原子及び水素原子(H)からなる成分または成分基を意味する。酸素原子は、16O,17Oまたは18Oあるいはこれらのいずれかの比の混合物とすることができる。本明細書で用いられるように、n(OH)は材料内のOH成分の総数を意味する。 As used herein, the term “hydroxyl” or OH means a component or component group each consisting of an oxygen atom and a hydrogen atom (H). The oxygen atoms can be 16 O, 17 O or 18 O or a mixture of any of these. As used herein, n (OH) means the total number of OH components in the material.

本明細書で用いられるように、術語「デューテロキシル(deuteroxyl)」またはODはそれぞれが酸素原子及び重水素原子(D)からなる成分または成分基を意味する。酸素原子は、16O,17Oまたは18Oあるいはこれらのいずれかの比の混合物とすることができる。本明細書で用いられるように、n(OD)は材料内のOD成分の総数を意味する。 As used herein, the term “deuteroxyl” or OD means a component or component group each consisting of an oxygen atom and a deuterium atom (D). The oxygen atoms can be 16 O, 17 O or 18 O or a mixture of any of these. As used herein, n (OD) refers to the total number of OD components in the material.

本出願明細書において、2つの術語「ヒドロキシルドープ」及び「OHドープ」は互換で用いられる。ヒドロキシルドープ材料またはOHドープ材料は、OH成分及び、必要に応じて、OD成分を含有する材料であって、材料のn(OH)/(n(OD)+n(OH))比がHの自然同位元素存在比以上の材料を意味する。この点に関する限り、全てのOH成分が実質的にH及びDの自然同位元素比にあるHO及びDOからなる天然水から生じている材料はOHドープと見なされる。 In this application, the two terms “hydroxyl dope” and “OH dope” are used interchangeably. A hydroxyl-doped material or OH-doped material is a material containing an OH component and, if necessary, an OD component, and a natural n (OH) / (n (OD) + n (OH)) ratio of the material is H. It means a material with an isotope abundance ratio or higher. As far as this is concerned, materials originating from natural water consisting of H 2 O and D 2 O in which all OH components are substantially in the natural isotope ratio of H and D are considered OH doped.

本出願明細書において、2つの術語「デューテロキシルドープ」または「ODドープ」は互換で用いられる。デューテロキシルドープ材料またはODドープ材料は、OD成分及び、必要に応じて、OH成分を含有する材料であって、材料のn(OD)/(n(OD)+n(OH))比がDの自然同位元素存在比より高い材料を意味する。   In this application, the two terms “deuteroxyl dope” or “OD dope” are used interchangeably. A deuteroxyl-doped material or OD-doped material is a material containing an OD component and, if necessary, an OH component, and the n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio of the material is D. Means a material whose natural isotope abundance ratio is higher.

本出願明細書において、OYはOHまたはODを意味し、あるいは、特に指定されなければ、いずれをも意味する。Y-Y'はDまたはHを意味し、あるいは、特に指定されなければ、HDまたはいずれかの比率のこれらの内の2つまたは3つのいかなる混合物または組合せも意味する。 In the specification of the present application, OY means OH or OD, or means both unless otherwise specified. YY ′ means D 2 or H 2 , or HD or any mixture or combination of any two of these in any ratio, unless otherwise specified.

本出願明細書では「Fドープ」により、重量で少なくとも1ppmのフッ素をガラスが含有することを意味する。   As used herein, “F-doped” means that the glass contains at least 1 ppm fluorine by weight.

「約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができる」により、
(i)リソグラフィ装置が意図される機能のための正規の用法で動作している、すなわち、例えば半導体デバイスの作成プロセスにおけるリソグラフィ機能を実施している間に、材料をリソグラフィ照射光の光路に用いることができる、及び
(ii)リソグラフィ照射光を方向転換させるかまたは操作する目的のために材料を光路に用いることができる、
ことを意味する。
“It can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm”,
(I) the lithographic apparatus is operating in normal usage for the intended function, ie, material is used in the optical path of the lithographic illumination light, for example, while performing a lithographic function in a semiconductor device fabrication process And (ii) materials can be used in the optical path for the purpose of redirecting or manipulating lithographic irradiation light,
Means that.

リソグラフィ技術の当業者にとり、ある波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に材料を用いることができるためには、材料が、所要の組成及び、内部透過率、レーザ誘起波面歪曲、誘起吸収等のような、所要の特性を有するべきであることは当然である。リソグラフィ技術の当業者にとり、製造業者に対し、及び社会全体として(すなわち、可能であれば環境への負の影響を小さくして)、妥当な低コストで材料を作成できることが一般に望ましいことも当然である。   For a person skilled in the lithography art, in order for a material to be able to be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a certain wavelength, the material must have the required composition and internal transmittance, laser-induced wavefront distortion, induced absorption. Of course, it should have the required properties, such as. Of course, it is generally desirable for those skilled in the lithography arts to be able to create materials at a reasonably low cost to manufacturers and to society as a whole (ie, with reduced negative environmental impact if possible). It is.

一般に、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるためには、約248nmにおける石英ガラスの内部透過率が少なくとも99.00%/cmであることが望ましい。いくつかの用途、特に約193nmで動作する半導体IC作成のためのリソグラフィ用途にでは、約193nmにおける石英ガラスの内部透過率が少なくとも99.00%/cmであることが極めて望ましい。   In general, it is desirable that the internal transmittance of quartz glass at about 248 nm is at least 99.00% / cm so that it can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm. In some applications, particularly lithographic applications for making semiconductor ICs operating at about 193 nm, it is highly desirable that the internal transmittance of quartz glass at about 193 nm is at least 99.00% / cm.

一般に、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるためには、石英ガラスのナトリウム濃度が重量で約100ppmより低く、いくつかの実施形態においては約50ppmより低く、いくつかの別の実施形態においては約10ppmより低いことが望ましい。約248nmまたは約193nmのような、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるためには、石英ガラスのナトリウム濃度が重量で約500ppbより低く、いくつかの実施形態においては約100ppbより低く、いくつかの実施形態においては約50ppbより低く、いくつかの実施形態においては約10ppbより低いことが望ましい。   In general, the sodium concentration of quartz glass is less than about 100 ppm by weight, and in some embodiments, less than about 50 ppm, so that it can be used in the optical path of lithographic illumination light of a lithographic apparatus that operates at wavelengths shorter than about 300 nm. Low, and in some other embodiments, less than about 10 ppm is desirable. In order to be able to be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm, such as about 248 nm or about 193 nm, the sodium concentration of quartz glass is lower than about 500 ppb by weight, In embodiments, it is desirable to be below about 100 ppb, in some embodiments below about 50 ppb, and in some embodiments below about 10 ppb.

仮想温度は凍結ガラス構造が平衡にあるであろう温度である。Si-O-Si結合角は仮想温度の関数である。Si-O-Si種の赤外吸収波長、すなわち周波数は結合角によって変化する。したがって、赤外吸収を用いて近似仮想温度を決定することができる。仮想温度と吸収周波数の間の経験的関係式は、アガーウォル(Agarwal)等,「石英ガラスの仮想温度を決定するための簡単なIR分光法(A Simple IR spectroscopic method for determining fictive temperature of silica glasses)」,Journal of Non-crystalline Solids,1995年,第185巻,p.191のように、従来技術で与えられている。歪んだ環構造に関連するシリカ欠陥の散乱周波数を用いて仮想温度を決定するためにラマン散乱を用いることもできる。   The fictive temperature is the temperature at which the frozen glass structure will be in equilibrium. The Si—O—Si bond angle is a function of fictive temperature. The infrared absorption wavelength, that is, the frequency of the Si—O—Si species varies depending on the bond angle. Therefore, the approximate virtual temperature can be determined using infrared absorption. The empirical relationship between the fictive temperature and the absorption frequency is given by Agarwal et al., “A Simple IR spectroscopic method for determining fictive temperature of silica glasses” , Journal of Non-crystalline Solids, 1995, 185, p.191. Raman scattering can also be used to determine the fictive temperature using the scattering frequency of silica defects associated with a distorted ring structure.

本明細書で用いられるように、術語「偏光誘起複屈折」は、露光前のガラスの初期複屈折を減じた、ある時間後または、パルスレーザビームが用いられれば、あるレーザパルス数後の、ガラスの一様露光領域の中心部分において測定された複屈折レベルのピーク値を意味する。本出願明細書で特許請求されるような偏光誘起複屈折はその大きさ(絶対値)である。本出願明細書では、石英ガラスの偏光誘起複屈折レベルの定量化のためにガラスを露光する場合、与えられたフルーエンス及びパルス長をもつ、直径が約3mmの、ほぼ193nmにおける直線偏光パルスレーザビームがガラス試料の固定領域に向けられる。あるパルス数後に露光領域の中心部分における複屈折が測定される。測定された中心部複屈折からガラスの初期複屈折を差し引くことによって、偏光誘起複屈折値が計算される。   As used herein, the term “polarization-induced birefringence” is used to refer to the initial birefringence of the glass prior to exposure, after a certain time or, if a pulsed laser beam is used, after a certain number of laser pulses. It means the peak value of the birefringence level measured at the central part of the uniform exposure area of the glass. Polarization-induced birefringence as claimed in this application is its magnitude (absolute value). In this application, a linearly polarized pulsed laser beam at approximately 193 nm with a given fluence and pulse length, approximately 3 mm in diameter, when exposing the glass for quantification of the polarization-induced birefringence level of quartz glass. Is directed to the fixed area of the glass sample. After a certain number of pulses, the birefringence in the central part of the exposure area is measured. The polarization induced birefringence value is calculated by subtracting the initial birefringence of the glass from the measured central birefringence.

本明細書で用いられるように、術語「誘起縁端複屈折」は、露光前のガラスの初期複屈折を減じた、ある時間後または、パルスレーザビームが用いられれば、あるレーザパルス数後の、ガラスの露光領域の外側であるが露光領域に接している周縁部分(すなわち、光強度が公称値からゼロに変わる、アパーチャにちょうど接する領域)において測定された複屈折のピーク値を意味する。本出願明細書では、石英ガラスの誘起縁端複屈折は、与えられたフルーエンス及びパルス長をもつ、直径が約3mmの、ほぼ193nmにおける直線偏光パルスレーザビームがある時間または与えられたパルス数にわたってガラス試料の固定領域に向けられた後に、測定される。周縁部分において測定された複屈折のピーク値からガラスの初期複屈折を差し引くことによって、誘起縁端複屈折値が計算される。   As used herein, the term “induced edge birefringence” refers to a certain time after a certain number of laser pulses, or after a certain time, if the pulsed laser beam is used, reducing the initial birefringence of the glass before exposure. , Which means the peak value of birefringence measured at the peripheral portion outside the exposed area of the glass but in contact with the exposed area (ie, the area where the light intensity changes from the nominal value to zero and just touching the aperture). In this application, the induced edge birefringence of quartz glass is approximately 3 mm in diameter with a given fluence and pulse length, a linearly polarized pulsed laser beam at approximately 193 nm for a given time or number of pulses. It is measured after being directed to the fixed area of the glass sample. The induced edge birefringence value is calculated by subtracting the initial birefringence of the glass from the birefringence peak value measured at the peripheral portion.

本明細書で用いられるように、術語「低偏光誘起複屈折」は、フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmにおける直線偏光パルスレーザビームの5×10パルスがかけられた後に約633nmで測定された、0.1nm/cm以下の偏光誘起複屈折を意味する。 As used herein, the term “low polarization induced birefringence” refers to 5 × of a linearly polarized pulsed laser beam at about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. Means polarization-induced birefringence of 0.1 nm / cm or less, measured at about 633 nm after 10 9 pulses.

本明細書で用いられるように、「規格化偏光誘起複屈折」は測定された偏光誘起複屈折から、下式:   As used herein, “normalized polarization-induced birefringence” is determined from the measured polarization-induced birefringence:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

にしたがって計算される。ここで、PIB(N)は規格化偏光誘起複屈折であり、PIB(M)は約633nmで測定したnm/cmを単位とする偏光誘起複屈折測定値の大きさ(すなわち、その符号にかかわらない絶対値)であり、Nは10億(10)パルスを単位とするパルス数であり、Fはガラスが露光される直線偏光ArFレーザのmJ・cm−2・パルス−1を単位とするフルーエンスである。例えば、フルーエンスが40μJ・cm−2・パルス−1のArFレーザに2×1010パルスにわたって露光された結果の、測定されたPIB(M)の大きさが0.2nm/cmであるガラス試料について、PIB(N)は下式: Is calculated according to Here, PIB (N) is normalized polarization-induced birefringence, and PIB (M) is the magnitude of the polarization-induced birefringence measurement in units of nm / cm measured at about 633 nm (ie, regardless of its sign). N 1 is the number of pulses in units of 1 billion (10 9 ) pulses, and F is the unit of mJ · cm −2 · pulse −1 of a linearly polarized ArF laser on which the glass is exposed. Is a fluence. For example, for a glass sample having a measured PIB (M) size of 0.2 nm / cm as a result of exposure to an ArF laser with a fluence of 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 over 2 × 10 10 pulses. , PIB (N) is the following formula:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

のように計算される。 It is calculated as follows.

異なるN及びFで同じ試料を測定すると、PIB(N)も異なり得る。N及びFが指定されていない場合、PIB(N)値は平均値である。 When the same sample is measured at different N 1 and F, the PIB (N) can also be different. If N 1 and F are not specified, the PIB (N) value is an average value.

バルクガラスの光誘起波面歪曲(バルクLIWFD)は従来技術で利用できる方法及び装置を用いて633nmまたは193nmで測定される。パルスArFエキシマーレーザ(約193nm)にかけられたガラスの、633nmで測定された規格化LIWFD(L633)及び193nmで測定された規格化LIWFD(L193)は下式:   The optically induced wavefront distortion (bulk LIWFD) of bulk glass is measured at 633 nm or 193 nm using methods and equipment available in the prior art. The normalized LIWFD (L633) measured at 633 nm and the normalized LIWFD (L193) measured at 193 nm of glass subjected to a pulsed ArF excimer laser (about 193 nm) are:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

及び as well as

Figure 2017186254
Figure 2017186254

にしたがって計算される。ここで、LB633は(ガラスが縮むかまたは膨れるかに依存して「+」または「−」の符号をとり得るであろう)nm/cmを単位とする633nmで測定されたバルクLIWFDであり、LB193は(ガラスが縮むかまたは膨れるかに依存して「+」または「−」の符号をとり得るであろう)nm/cmを単位とする193nmで測定されたバルクLIWFDであり、N’は、LB633またはLB193が測定されるときに試料が露光される直線偏光ArFエキシマーレーザの100万(10)を単位とするパルス数であり、FはmJ・cm−2・パルス−1を単位とするArFエキシマーレーザのフルーエンスであって、τはnsを単位とするArFエキシマーレーザのパルス長である。L633及びL193の値により、異なるN’,F及びτの値における石英ガラスのLIWFD性能の直接比較が可能になる。 Is calculated according to Where LB633 is a bulk LIWFD measured at 633 nm in units of nm / cm (which could have a “+” or “−” sign depending on whether the glass shrinks or expands) LB 193 is a bulk LIWFD measured at 193 nm in units of nm / cm (which may have a “+” or “−” sign depending on whether the glass shrinks or expands) and N ′ is , LB 633 or LB 193 is the number of pulses in units of 1 million (10 6 ) of a linearly polarized ArF excimer laser with which the sample is exposed, and F is in mJ · cm −2 · pulse −1. Is the fluence of the ArF excimer laser, where τ is the pulse length of the ArF excimer laser in units of ns. The L633 and L193 values allow a direct comparison of the LIWFD performance of quartz glass at different N ′, F and τ values.

約193nmにおけるエキシマーレーザへの露光時のガラスの誘起吸収(IA)が本出願明細書に報告される。ガラスの規格化誘起吸収(IA(N))が誘起吸収からさらに計算される。本出願明細書において誘起吸収(IA)の計算は下式:   The induced absorption (IA) of the glass upon exposure to an excimer laser at about 193 nm is reported herein. The normalized induced absorption (IA (N)) of the glass is further calculated from the induced absorption. In this application, the calculation of induced absorption (IA) is:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

にしたがって行われる。ここで、Tはレーザ露光前の%/cmで表したガラスの内部透過率であり、Tはレーザ露光後の%/cmで表したガラスの内部透過率である。次いで、下式: Is done according to Here, T 1 is the internal transmittance of the glass expressed in% / cm before laser exposure, and T 2 is the internal transmittance of the glass expressed in% / cm after laser exposure. Then the following formula:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

によって規格化誘起吸収IA(N)が計算される。ここで、N’は100万(10)を単位とするパルス数であり、Fは、mJ・cm−2・パルス−1を単位とするガラスが露光されるArFエキシマーレーザのフルーエンスであり、τはnsを単位とするArFレーザのパルス長である。 Calculates the normalized induced absorption IA (N). Where N ′ is the number of pulses in units of 1 million (10 6 ), and F is the fluence of the ArF excimer laser to which the glass in units of mJ · cm −2 · pulse −1 is exposed, τ is the ArF laser pulse length in ns.

本明細書で用いられるように、術語「屈折率の変化量」または「屈折率変化量」または「Δn」は、約633nm(He-Neレーザ)における干渉法を用いることにより、あらかじめ定められた方向に沿うガラス材料またはガラス光学部材の光軸に垂直な平面内で測定された屈折率の(以下に示されるように、傾き及び並進変位が取り除かれた)最大変化量を意味する。当業者によって一般になされているように、ある方向に沿う屈折率変化量を論じる場合、傾き及び並進変位は差し引かれる。したがって、本出願明細書の意味における(OVDプロセスを用いることで作成された試料における径方向のような)ある方向に沿う屈折率変動量は傾きまたは並進変位を含んでいない。一般に、ガラス光学部材、ガラスブランクまたはガラス材料片の光軸は、大きなクリアアパーチャ面積を有するガラス部材を得るため、測定される屈折率不均一性が最小になる平面(断面)に垂直になるように選ばれる。   As used herein, the term “refractive index change” or “refractive index change” or “Δn” is predetermined by using interferometry at about 633 nm (He—Ne laser). It means the maximum amount of change in refractive index (with tilt and translational displacement removed as shown below) measured in a plane perpendicular to the optical axis of the glass material or glass optical member along the direction. As is commonly done by those skilled in the art, tilt and translational displacement are subtracted when discussing refractive index changes along a direction. Thus, the amount of refractive index variation along a direction (such as the radial direction in a sample made using the OVD process) within the meaning of this application does not include tilt or translational displacement. Generally, the optical axis of a glass optical member, glass blank or glass material piece is perpendicular to the plane (cross section) where the measured refractive index non-uniformity is minimized to obtain a glass member having a large clear aperture area. Chosen.

本明細書に用いられる方法でもある、石英ガラス内の格子間H分子の決定に好ましい方法はラマン散乱である。ラマン分光は、EEV電荷結合素子(CCD)検出器を備える、HORIBA Jobin Yvon Inc.のT64000分光計を用いて得た。分子/cmを単位とする水素分子濃度は、レーザラマンスペクトルにおける、800cm−1におけるシリカ散乱ピーク強度(I800)に対する4135cm−1における水素分子散乱ピークから検出される強度(I4135)の比、すなわちI4135/I800から得た(ブイ・エス・コティムチェンコ(S. V. Khotimchenko)等,Priklandnoi Spektroskopii,1986年,第46巻、第6号,p.987〜997を参照されたい)。さらに詳しくは、ピーク強度は背景に対する、一次または二次のフィッティングを用いてピークの下の面積を積分することによって決定した。本出願明細書におけるガラス内のD及びHD濃度は同様にラマン分光を用いて測定した(例えば、ビー・シュレイダー(B. Schrader)著,「赤外及びラマン分光:方法及び応用(Infrared and Raman Spectroscopy, Methods and Applications)」,VCH, Weinheim, 1995年,ISBN 3-527-26446-9;エイチ・コミネ(H. Komine),IEEE Journal of Quantum Electronics,1986年4月,第QE-22巻,第4号を参照されたい)。D濃度は2973cm−1で測定し、HD濃度は3606cm−1で測定した。 A preferred method for determining interstitial H 2 molecules in quartz glass, which is also the method used herein, is Raman scattering. Raman spectroscopy was obtained using a HORIBA Jobin Yvon Inc. T64000 spectrometer equipped with an EEV charge coupled device (CCD) detector. Hydrogen molecule concentration of the molecules / cm 3 as a unit, the ratio of the intensity in the laser Raman spectrum, which is detected from the hydrogen molecule scattering peak at 4135 cm -1 to silica scattering peak intensity (I 800) at 800cm -1 (I 4135), I 4135 / I 800 (see SV Khotimchenko et al., Priklandnoi Spektroskopii, 1986, Vol. 46, No. 6, pp. 987-997). More specifically, the peak intensity was determined by integrating the area under the peak using a primary or secondary fitting to the background. The D 2 and HD concentrations in the glass in this application were also measured using Raman spectroscopy (eg, B. Schrader, “Infrared and Raman spectroscopy: methods and applications”). Raman Spectroscopy, Methods and Applications ”, VCH, Weinheim, 1995, ISBN 3-527-26446-9; H. Komine, IEEE Journal of Quantum Electronics, April 1986, Volume QE-22. , No. 4). The D 2 concentration was measured at 2973 cm −1 and the HD concentration was measured at 3606 cm −1 .

石英ガラス内のOH基は、2.72μm(3676cm−1),2.21μm(4525cm−1)及び1.38μm(7256cm−1)の近くに特性吸収帯を有する。OHの濃度は3676cm−1吸収帯または4525cm−1吸収帯のピーク高を用いてFTIRで測定した。 OH groups in the quartz glass, 2.72μm (3676cm -1), having a characteristic absorption band near 2.21μm (4525cm -1) and 1.38μm (7256cm -1). The concentration of OH was measured by FTIR using the peak height of 3676 cm −1 absorption band or 4525 cm −1 absorption band.

モル・リットル−1を単位とする、OH濃度cは、ベール−ランバートの法則(Beer-Lambert Law): The OH concentration c in units of mole liter- 1 is the Beer-Lambert Law:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

から導かれる。ここで、吸光度A=log(T基準/TOH)、T基準は4000cm−1のような非吸収波長の基準位置における試料の透過率、TOHはOH吸収ピーク(シリカについては〜3676cm−1)における試料の透過率であり、εはリットル・モル−1・cm−1を単位とするモル吸光率、cはモル・リットル−1を単位とする濃度、bはcmを単位とする路長(試料厚)であって、 Derived from. Here, absorbance A = log (T reference / T OH ), T reference is the transmittance of the sample at the reference position of the non-absorption wavelength such as 4000 cm −1 , T OH is the OH absorption peak (˜3676 cm −1 for silica) ) Is the molar absorptivity in units of liters · mol− 1 · cm −1 , c is the concentration in units of mol·l− 1 , and b is the path length in units of cm. (Sample thickness)

Figure 2017186254
Figure 2017186254

である。 It is.

重量でのppmを単位とするOHの濃度は、石英ガラスの密度(ほぼ2.2g/cm)及びOHの分子量(ほぼ17g/モル)を用いて、モル・リットル−1を単位とするcから計算した。特定の波長における高純度石英ガラスについての定数εは従来技術において入手できる。 The concentration of OH in units of ppm in weight, the density of the quartz glass (approximately 2.2 g / cm 3) and molecular weight of OH using (approximately 17 g / mol), a unit of mol-l -1 c Calculated from The constant ε for high purity quartz glass at a specific wavelength is available in the prior art.

石英ガラス内のODの濃度は同様の態様で得た。すなわち、FTIR測定から始めて、ベール−ランバートの法則:   The OD concentration in the quartz glass was obtained in the same manner. That is, starting with FTIR measurements, Beer-Lambert law:

Figure 2017186254
Figure 2017186254

を用いることで計算した。ここで、吸光度A’=log(T’基準/TOD)、T’基準は2780cm−1のような非吸収波長の基準位置における試料の透過率、TODはOD吸収ピーク(シリカについては〜2705cm−1)における試料の透過率であり、ε’はリットル・モル−1・cm−1を単位とするモル吸光率(2705cm−1において57.4リットル・モル−1・cm−1)、c’はモル・リットル−1を単位とする濃度、b’はcmを単位とする路長(試料厚)であって、 It was calculated by using. Here, the absorbance A ′ = log (T ′ standard / T OD ), the T ′ standard is the transmittance of the sample at the standard position of the non-absorption wavelength such as 2780 cm −1 , and T OD is the OD absorption peak (about ~ for silica) 2705cm -1 is the transmission of the sample at), epsilon 'is molar absorptivity (2705cm -1 in 57.4 l · mol -1 · cm -1 in units of liter mole -1 · cm -1), c ′ is a concentration in units of mol·liter− 1 , b ′ is a path length (sample thickness) in units of cm,

Figure 2017186254
Figure 2017186254

である。 It is.

重量でのppmを単位とするODの濃度は、石英ガラスの密度(ほぼ2.2g/cm)及びODの分子量(ほぼ18g/モル)を用いて、モル・リットル−1を単位とするc’から計算した。特定の波長における高純度石英ガラスについての定数ε’は従来技術において入手できる。 The concentration of OD to the ppm on a weight units, the density of the quartz glass (approximately 2.2 g / cm 3) and molecular weight of OD with (approximately 18 g / mol), a unit of mol-l -1 c 'Calculated from'. The constant ε ′ for high purity quartz glass at a specific wavelength is available in the prior art.

本明細書で用いられるように、「粒子プリフォーム」は、ある形状を有し、複数の中実粒子からなる物体を意味する。したがって、本出願明細書における粒子プリフォームは、例えば、火炎加水分解プロセスから得られるシリカスート粒子から実質的になるスートプリフォーム、ゾル−ゲルプロセスから得られる多くのシリカ粒子からなる生地、等とすることができる。   As used herein, “particle preform” means an object having a shape and consisting of a plurality of solid particles. Accordingly, the particle preform in the present specification is, for example, a soot preform substantially composed of silica soot particles obtained from a flame hydrolysis process, a dough composed of many silica particles obtained from a sol-gel process, and the like. be able to.

本明細書に用いられるように、術語「スートディスペンサー」はあらかじめ形成されたスート粒子を、例えばスプレーすることにより、小出しする装置である。   As used herein, the term “soot dispenser” is a device that dispenses preformed soot particles, for example, by spraying.

特に初期内部透過率、LIWFD,光誘起吸収、偏光誘起複屈折等に関して、所望の光学特性をもつシリカガラス材料の探索において、本発明の発明者等は思いがけなくも、ODドープ高純度石英ガラスが、OH濃度が同等の無ODドープガラスと同等であり、いくつかの重要な点においてはそれよりも優れている、性能を示すことを見いだした。本発明はこの知見に基づく。   In search of silica glass materials having desired optical characteristics, particularly with respect to initial internal transmittance, LIWFD, light-induced absorption, polarization-induced birefringence, etc. It has been found that the OH concentration is equivalent to an equivalent OD-free glass and shows performance that is superior in some important respects. The present invention is based on this finding.

(重水素分子)を含有する石英ガラスは,既に従来技術において開示され、研究されている。例えば、ヤマガタ(Yamagata)等への米国特許第5325230(A)号の明細書は、Hと同様に、Dを石英ガラスにドープできることを述べている。しかし、この文献はDドープ石英ガラスの例を与えていない。さらに、この文献は石英ガラスへのODドープに言及していない。さらに、この文献はガラスの光学特性に関する石英ガラスへのDドープの考え得る影響に言及していない。別の例として、ジェイ・イー・シェルビー(J. E. Shelby),「非晶質シリカにおける水素同位元素の分子拡散及び溶解度(Molecular diffusion and solubility of hydrogen isotopes in vitreous silica)」,Journal of Applied Physics,1977年8月,第48巻,第8号は、石英ガラス内のDの拡散及び溶解度を開示している。 Quartz glass containing D 2 (deuterium molecules) has already been disclosed and studied in the prior art. For example, the specification of US Pat. No. 5,325,230 (A) to Yamagata et al states that, like H 2 , D 2 can be doped into quartz glass. However, this document does not give an example of a D 2 doped quartz glass. Furthermore, this document does not mention OD doping into quartz glass. Moreover, this document does not mention the effects of possible of D 2 doped into silica glass to optical properties of the glass. As another example, JE Shelby, “Molecular diffusion and solubility of hydrogen isotopes in vitreous silica,” Journal of Applied Physics, 1977. August, Vol. 48, No. 8 discloses the diffusion and solubility of D 2 in quartz glass.

ディー・エル・フライ(D. L. Fry)等,「石英ガラスにおける水素−重水素交換(Hydrogen-Deuterium Exchange in Fused Silica)」,Journal of The Optical Society of America,1960年12月,第50巻,第12号,p.1321〜1322には、ODドープ石英ガラスが論じられている。この論文では、ODドープ石英ガラスの光学特性への言及はなされていない。この論文はかなり早く発表されていることから、当業者であれば当然、この論文で研究されているガラスは現行の深UV及び真空UVリソグラフィでの使用に必要な組成及び光学特性を有していないと考えることができる。ジェームズ・イー・シェルビー(James E. Shelby),「非晶質シリカのデューテロキシル含有量の定量的決定(Quantitative Determination of the Deuteroxyl Content of Vitreous Silica)」,Communication of the American Ceramic Society,1987年1月,C-9〜C-10では、ODドープ石英ガラス及びそのようなガラスの特性決定のための方法が開示されている。ジェイ・イー・シェルビー等,「非晶質シリカにおける輻射線誘起同位元素交換(Radiation-induced isotope exchange in vitreous silica)」,Journal of Applied Physics,1979年8月,第50巻,第8号,p.5533〜5535では、γ線にさらされたときのシリカとDの反応による石英ガラス内のODの形成が研究されている。 DL Fry et al., “Hydrogen-Deuterium Exchange in Fused Silica”, Journal of The Optical Society of America, December 1960, Vol. 50, No. 12 Pp. 1321-1322 discusses OD-doped quartz glass. In this paper, no mention is made of the optical properties of OD-doped quartz glass. Since this paper was published very early, it is obvious for those skilled in the art that the glass studied in this paper has the composition and optical properties necessary for use in current deep UV and vacuum UV lithography. I can think of it not. James E. Shelby, “Quantitative Determination of the Deuteroxyl Content of Vitreous Silica”, Communication of the American Ceramic Society, 1987 1 Moon, C-9-C-10 discloses OD-doped quartz glass and methods for characterization of such glass. Jay E. Shelby et al., “Radiation-induced isotope exchange in vitreous silica”, Journal of Applied Physics, August 1979, Vol. 50, No. 8, p. in .5533~5535, formation of OD in the quartz glass by the reaction of silica and D 2 when exposed to γ-rays has been studied.

上記文献はいずれも、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができる合成石英ガラス材料に言及していない。上記文献はいずれも、UVリソグラフィ用途に対する合成石英ガラスへのODまたはDドープの望ましさを開示または示唆していない。上記文献のほとんどがかなり早く発表されていることから、当業者には、上記文献で研究された実際のDまたはODドープ石英ガラス試料が、約248nmまたは193nmにおけるような、深UVまたは真空UVリソグラフィ用途での使用に、特に初期内部透過率,LIWFD,偏光誘起複屈折,誘起吸収等に関して、必要な組成及び特性を有していないと考えるに足る理由がある。 None of the above references mentions a synthetic quartz glass material that can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm. None of the above references disclose or suggest the desirability of OD or D 2 doping in synthetic quartz glass for UV lithography applications. Since most of the above publications were published quite early, the person skilled in the art would know that the actual D 2 or OD doped quartz glass samples studied in the above literature are deep UV or vacuum UV, such as at about 248 nm or 193 nm. For use in lithography applications, there are good reasons for not having the necessary composition and properties, particularly with respect to initial internal transmission, LIWFD, polarization-induced birefringence, induced absorption, and the like.

本発明はほとんど、約193nmにおける微細リソグラフィに関して説明される。しかし、約248nmにおけるリソグラフィ、約157nmにおけるリソグラフィ、i線リソグラフィ、g線リソグラフィ、レーザ発生装置、リソグラフィ検査装置等を含むがこれらには限定されない、別の用途に及び別の用途のために、本発明の材料を用い得ることは当然である。   The present invention is mostly described with respect to microlithography at about 193 nm. However, for other applications and for other applications, including but not limited to lithography at about 248 nm, lithography at about 157 nm, i-line lithography, g-line lithography, laser generators, lithography inspection apparatus, etc. Of course, the inventive materials may be used.

本発明の発明者等は、300nmより短波長のUVリソグラフィ用途に用いることができる、ODドープ合成石英ガラスを作成した。上述したように、発明者等は、思いがけなくも、ODをドープしたリソグラフィ用合成石英ガラス、特にn(OD)/(n(OD)+n(OH))比が高いODドープ合成石英ガラスが、OH及びODの総濃度([OH]+[OD])が実質的に同じレベルの無ODドープ石英ガラスより優れた光学特性を有する傾向をもつことを見いだした。   The inventors of the present invention created an OD-doped synthetic quartz glass that can be used for UV lithography applications with wavelengths shorter than 300 nm. As described above, the inventors have unexpectedly discovered that OD-doped synthetic quartz glass for lithography, particularly OD-doped synthetic quartz glass having a high n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio, is OH. And the total concentration of OD ([OH] + [OD]) has been found to tend to have optical properties superior to substantially the same level of non-OD doped quartz glass.

さらに、発明者等は、思いがけなくも、ODドープ高純度石英ガラスが、対応するOHドープ高純度石英ガラスに優る、改善された光誘起吸収(IA)を示すことを見いだした。図16のデータはこの改善を示す。上で説明したように計算した、193nmにおける規格化誘起吸収(規格化IA,IA(N)で表される)としてデータをプロットした。   In addition, the inventors have unexpectedly found that OD-doped high purity quartz glass exhibits improved light-induced absorption (IA) over the corresponding OH-doped high purity quartz glass. The data in FIG. 16 shows this improvement. Data was plotted as normalized induced absorption at 193 nm (expressed as normalized IA, IA (N)), calculated as described above.

同時係属の、ともに譲渡された、名称を「低偏光誘起複屈折をもつ合成シリカ、その作成方法及びそれを有するリソグラフィ装置(SYNTHETIC SILICA HAVING LOW POLARIZATION-INDUCED BIREFRINGENCE, METHOD OF MAKING SAME AND LITHOGRAPHIC DEVICE COMPRISING SAME)」とする、2005年9月30日に出願された米国特許出願第11/241075号(現在は、米国特許出願公開第2006/0137399A1号として公開されている)の明細書には、合成石英ガラス材料における偏光誘起複屈折現象が開示され、研究されている。この明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。この特許出願明細書の実施例において研究されている石英ガラス材料は実質的にOHドープ石英ガラスであった。この明細書では、「とりわけ、ガラス内のOH濃度がガラスの偏光誘起複屈折に影響する主要な要因である。一般に、他の全ての条件が等しいままであれば、OHレベルが高くなるほどガラスの偏光誘起複屈折は高くなる。したがって、発明者等は、石英ガラスにおいて低レベルの偏光複屈折を達成するためには、ガラス内のOH濃度が重量で500ppmより低く、好ましくは300ppmより低く、さらに好ましくは100ppmより低く、なお一層好ましくは50ppmより低く、最も好ましくは20ppmより低いことが望ましい。」と述べられている。   Synthetic SILICA HAVING LOW POLARIZATION-INDUCED BIREFRINGENCE, METHOD OF MAKING SAME AND LITHOGRAPHIC DEVICE COMPRISING SAME No. 11/241075 filed Sep. 30, 2005 (currently published as US Patent Application Publication No. 2006 / 0137399A1), which includes synthetic quartz. Polarization-induced birefringence phenomena in glass materials have been disclosed and studied. The contents of this specification are hereby incorporated by reference in their entirety. The quartz glass material studied in the examples of this patent application was substantially OH-doped quartz glass. In this specification, “among other things, the OH concentration in the glass is a major factor affecting the polarization-induced birefringence of the glass. In general, the higher the OH level, the higher the OH level if all other conditions remain equal. Polarization-induced birefringence is high, so we have found that in order to achieve low levels of polarization birefringence in quartz glass, the OH concentration in the glass is less than 500 ppm by weight, preferably less than 300 ppm, Preferably it is below 100 ppm, even more preferably below 50 ppm and most preferably below 20 ppm. "

いずれの特定の理論にも束縛されるつもりはなくまたその必要もなしに、発明者等は、OH及び/またはODを含有する石英ガラスにおける偏光誘起複屈折の機構の説明を、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が高められた石英ガラスにおける低められた偏光誘起複屈折を説明する機構とともに、以下に提示する。説明は本出願明細書の図1〜3に簡略に示される。これらの3つの図において、YはHまたはDを表し、水素結合は破線で示される。   Without wishing to be bound by any particular theory, or without the need for it, the inventors have described the mechanism of polarization-induced birefringence in quartz glass containing OH and / or OD as n (OD) Presented below, along with a mechanism to explain the reduced polarization-induced birefringence in quartz glass with an increased / (n (OD) + n (OH)) ratio. The description is briefly shown in FIGS. In these three figures, Y represents H or D, and hydrogen bonds are indicated by broken lines.

Journal of Non-Crystalline Solids,2000年,第261巻,p.186〜194の、題名を「高純度石英ガラス内のヒドロキシル基(Hydroxyl Groups in High-Purity Silica Glass)」とする1999年論文にSiO内の様々なタイプのOH結合が説明されている。発明者等は実質的に同様の態様でODがSiOガラス網状構造内で結合すると予想している。図1はOH及び/またはODを含有する石英ガラス内において発生する偏光誘起複屈折を少なくともある程度は解明する目的で提案される機構を簡略に示す。化学構造式(F1)及び(F2)はそれぞれUV光露光前及び後の石英ガラスの部分構造を表す。初め、UV光露光前は、Si-OY結合はSiO網状構造内でランダムに配置され、いくつかの水素結合が形成されていると考えられる。UV光露光は-OY(または-Y)結合の運動を可能にするに十分な活性化エネルギーを与えることができる(その他の波長は十分な吸収があれば影響を与えることができる)。光が直線偏光であれば、光の偏光方向に揃う結合が活性化されて運動することができ、この結果、先に存在していた水素結合の切断及び/または新たな水素結合の形成がおこり、よって、試料に偏光誘起複屈折(PIB)損傷が生じる。試料内のSiOYが多いほど、PIB損傷は大きくなる。発明者等はシリカ内のppmOY量に対するほぼ線型の応答を予想している。 Journal of Non-Crystalline Solids, 2000, Vol. 261, pp. 186-194, entitled “Hydroxyl Groups in High-Purity Silica Glass” in 1999 Various types of OH bonds within 2 are described. The inventors expect the OD to bond within the SiO 2 glass network in a substantially similar manner. FIG. 1 briefly illustrates the proposed mechanism for the purpose of elucidating at least in part the polarization-induced birefringence that occurs in quartz glass containing OH and / or OD. Chemical structural formulas (F1) and (F2) represent partial structures of quartz glass before and after UV light exposure, respectively. Initially, before UV light exposure, it is considered that Si—OY bonds are randomly arranged in the SiO 2 network structure and some hydrogen bonds are formed. UV light exposure can provide sufficient activation energy to allow movement of -OY (or -Y) bonds (other wavelengths can be affected if there is sufficient absorption). If the light is linearly polarized light, the bonds aligned in the polarization direction of the light can be activated and move, resulting in the breaking of previously existing hydrogen bonds and / or the formation of new hydrogen bonds. Thus, polarization induced birefringence (PIB) damage occurs in the sample. The more SiOY in the sample, the greater the PIB damage. The inventors expect a nearly linear response to the amount of ppm OY in the silica.

図2は、偏光誘起複屈折現象におそらく関わり得る、図1の態様とは若干異なる態様の光化学反応を簡略に示す。図1におけるように、機構には、露光前に部分ガラス網状構造(F3)に既に存在していたいくつかの水素結合の切断及び露光後の部分ガラス網状構造(F4)における新しい水素結合の形成が関与する。光反応の反応速度k(Y)は、図の原子YがH及びDであるときに、それぞれk(H)及びk(D)である。発明者等は、DとHの間のかなりの質量差(ほぼ2倍の違い)により、反応速度k(D)はk(H)よりかなり低いと仮定している。したがって、ガラス内のOYの総量のような、その他の条件が全て同じままであれば、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が高い石英ガラスほど、偏光誘起複屈折は低くなると考えられる。   FIG. 2 briefly illustrates a slightly different mode of photochemical reaction than that of FIG. 1 that may possibly be involved in the polarization-induced birefringence phenomenon. As in FIG. 1, the mechanism includes breaking some hydrogen bonds that were already present in the partial glass network (F3) before exposure and forming new hydrogen bonds in the partial glass network (F4) after exposure. Is involved. The reaction rate k (Y) of the photoreaction is k (H) and k (D) when the atom Y in the figure is H and D, respectively. The inventors postulate that the reaction rate k (D) is much lower than k (H) due to the considerable mass difference between D and H (almost twice the difference). Therefore, if all other conditions, such as the total amount of OY in the glass, remain the same, the higher the ratio of n (OD) / (n (OD) + n (OH)), the higher the polarization-induced birefringence. It is thought to be lower.

さらに、図3において、発明者等は、直線偏光または楕円偏光のUV照射光への露光の結果としてのLIWFD及び偏光誘起複屈折のいずれをも説明しようとして別の機構を提案する。この提案される機構は基本的に、水素結合及び共有結合のいずれの切断及び形成も含む2段階反応である。第1段階である、反応速度がk(Y)の光分解反応は、露光前の部分構造(F5)における共有結合b(Si-O結合)の切断及びおそらくは水素結合aの切断に関わる。この第1段階の逆反応の反応速度はk’(Y)である。反応速度がk(Y)の、第2段階には、中間構造(F6)における結合c(O-Y結合)の切断、新しい結合d(Si-O結合)及びe(Y-O)結合の形成、及びおそらくは露光後部分構造(F7)における新しい水素結合fの形成が関わる。(F5)は(F7)ほど開いていない密な構造であるから、反応の結果露光領域の密度変化が生じ、よってLIWFDが生じる。k(D)<k(H)及び/またはk(D)<k(H)と仮定されている。したがって、実質的に同じレベルの総OY濃度において、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が高い石英ガラスほど、偏光誘起複屈折が低くなり、LIWFDも低くなると考えられる。この仮定に基づけば、酸素原子の17O及び18Oの比率が高いOY成分(OD及び/またはOH)がドープされた石英ガラスほど、偏光誘起複屈折のレベルが低くなり、LIWFDのレベルも低くなると考えられる。いくつかの用途では、ガラスの作成に水素の別の同位元素であるトリチウム(T)原子を用いて、OTドープガラスを形成することが可能であり得る。 Further, in FIG. 3, the inventors propose another mechanism in an attempt to explain both LIWFD and polarization-induced birefringence as a result of exposure to linearly or elliptically polarized UV irradiation light. This proposed mechanism is basically a two-step reaction involving both hydrogen bond and covalent bond breakage and formation. The first step, the photolysis reaction with a reaction rate of k 1 (Y), involves the cleavage of the covalent bond b (Si—O bond) and possibly the hydrogen bond a in the partial structure (F5) before exposure. The reaction rate of the first stage reverse reaction is k 1 ′ (Y). In the second stage, the reaction rate is k 2 (Y), the cleavage of bond c (O—Y bond) in intermediate structure (F6), new bond d (Si—O bond) and e (Y—O) bond And possibly the formation of a new hydrogen bond f in the post-exposure substructure (F7). Since (F5) is a dense structure that is not as open as (F7), the density change in the exposed region occurs as a result of the reaction, and thus LIWFD occurs. It is assumed that k 1 (D) <k 1 (H) and / or k 2 (D) <k 2 (H). Therefore, it is considered that the quartz glass having a higher n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio at a substantially same level of total OY concentration has a lower polarization-induced birefringence and a lower LIWFD. Based on this assumption, quartz glass doped with an OY component (OD and / or OH) having a high proportion of oxygen atoms 17 O and 18 O has a lower level of polarization-induced birefringence and a lower LIWFD level. It is considered to be. In some applications, it may be possible to form an OT-doped glass using tritium (T) atoms, another isotope of hydrogen, in making the glass.

図4は、OH/OD含有シリカの誘起吸収及び、ガラス内のほぼ同じレベルの総[OD]+[OH]における様々なn(OD)/(n(OD)+n(OH))比での誘起吸収の度合いの違いを少なくともある程度説明する。高エネルギー光子への曝露によるガラス内のSi-O結合の光分解の結果、いずれもが深UV及び/または真空UVにおいて吸収を示すと考えられる、E’中心(Si・)及びSi-O・が形成され得るであろうことが知られている。E’中心の吸収は約215nmに中心ピークがあり、約193nmまで広がる。本図の簡略な図示によれば、構造(F8)から構造(F9)への光分解反応で生成されるE’中心及びSi-O・中心はある程度逆行可能である。したがって、いくらかの吸収中心は構造(F9)から構造(F8)への逆反応によって自動的に修復されるであろう。構造(F9)から構造(F10)への網状構造内反応は結果として構造(F9)におけるE’中心及びSi-O・よりも間隔が大きいE’中心及びSi-O・を生じさせ、それらの間の結合反応をより困難にし、したがってE’及びSi-O・をもつ構造を比較的安定にし、よって吸収を誘起すると仮定される。ガラス網状構造内に構造(10)が多くなるほど、吸収中心は益々安定になり、したがって誘起吸収は益々高くなる。k”(H)>k”(D)であると考えられる。したがって、同じレベルの総[OD]+[OH]においては、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が高い石英ガラス内ほど、形成される、とりわけ構造緩和等により一層安定である、構造(10)が少なくなる。これは、[OD]+[OH]レベルが実質的に同じであれば、高いn(OD)/(n(OD)+n(OH))比でドープされた石英ガラスほど、本発明のODドープ石英ガラスから発明者等によって観察されたように、誘起吸収のレベルが低くなる傾向をもつ理由を説明する。 FIG. 4 shows the induced absorption of silica containing OH / OD and various n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratios at approximately the same level of total [OD] + [OH] in the glass. The difference in the degree of induced absorption will be explained at least to some extent. As a result of the photolysis of Si—O bonds in the glass upon exposure to high energy photons, both E ′ centers (Si.) And Si—O., Which are believed to exhibit absorption in deep UV and / or vacuum UV. It is known that can be formed. The absorption at E ′ center has a central peak at about 215 nm and extends to about 193 nm. According to the simplified illustration of this figure, the E ′ center and Si—O.center generated by the photolysis reaction from the structure (F8) to the structure (F9) can be reversed to some extent. Thus, some absorption centers will be automatically repaired by the reverse reaction from structure (F9) to structure (F8). The intra-network reaction from structure (F9) to structure (F10) results in E ′ centers and Si—O., Which are larger in distance than E ′ centers and Si—O. It is hypothesized that the bonding reaction between them becomes more difficult, thus making the structure with E ′ and Si—O. Relatively stable and thus inducing absorption. The more structures (10) in the glass network, the more stable the absorption center and hence the higher the induced absorption. It is considered that k 4 ″ (H)> k 4 ″ (D). Therefore, at the same level of total [OD] + [OH], the higher the ratio of n (OD) / (n (OD) + n (OH)) in the quartz glass, the more stable due to structural relaxation, etc. The structure (10) is reduced. This is because quartz glass doped with a higher n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio, the [OD] + [OH] level is substantially the same, the OD doping of the present invention. The reason why the level of induced absorption tends to be low as observed by the inventors from quartz glass will be described.

図5は、ガラスにドープされた水素分子(Y-Y’)のガラスの誘起吸収への効果を説明する機構の簡略な図示である。水素分子はE’及びSi-O・色中心と反応してSi-Y’及びSi-OYを形成する。   FIG. 5 is a simplified illustration of the mechanism that explains the effect of hydrogen molecules (Y-Y ') doped on the glass on the induced absorption of the glass. Hydrogen molecules react with E 'and Si-O.color centers to form Si-Y' and Si-OY.

本発明のODドープ石英ガラスは約300nmより短波長でのリソグラフィに用いることができる。約365nmでのi線リソグラフィにおけるような、より長波長で動作するリソグラフィ装置に用いることもできる。いくつかの好ましい実施形態において、本発明のODドープ石英ガラスは約248nmで動作する乾式リソグラフィ装置で利用されるUV照射光の光路における屈折レンズ素子として用いることができる。いくつかの好ましい実施形態において、本発明のODドープ石英ガラスは約248nmで動作する浸漬リソグラフィ装置に利用されるUV照射光の光路における屈折レンズ素子として用いるに必要な組成及び特性を有する。いくつかの別の好ましい実施形態において、本発明のODドープ石英ガラスは約193nmで動作する乾式リソグラフィ装置で利用されるUV照射光の光路における屈折レンズ素子として用いることができる。いくつかの好ましい実施形態において、本発明のODドープ石英ガラスは約193nmで動作する浸漬リソグラフィ装置に利用されるUV照射光の光路における屈折レンズ素子として用いるに必要な組成及び特性を有する。リソグラフィ技術の当業者には、これらの用途においてレンズ素子として用いられるべき石英ガラスに対し、UV透過率、誘起吸収に関するUV劣化、光誘起波面歪曲(LIWFD)、屈折率一様性、仮想温度、複屈折、光誘起複屈折のような光学性能に関する厳酷な要件が満たされなければならないことがわかっている。これらの必要な光学性能と、OHの濃度及び分布、ハロゲンの濃度及び分布、アルカリ金属の濃度及び分布、遷移金属の濃度及び分布等に関する、ガラスの組成の間の関係を論じている文献が豊富にある。上に論じたように、全く思いがけない態様で、発明者等はODがドープされた高純度石英ガラスが、とりわけ、直線偏光光にさらされたときの偏光誘起複屈折において優れた性能を有することを見いだした。したがって、本発明のガラス、特に高いOD比でドープされたガラスは、浸漬リソグラフィ技術に有利に用いることができる。もちろん、ODドープ石英ガラスは真空UV及びX線のスペクトルで動作する反射リソグラフィにおけるレンズ素子のための材料として用いることができる。そのような用途はガラスの他の物理特性について特別な要件を有する。   The OD-doped quartz glass of the present invention can be used for lithography at wavelengths shorter than about 300 nm. It can also be used in lithographic apparatus operating at longer wavelengths, such as in i-line lithography at about 365 nm. In some preferred embodiments, the OD doped quartz glass of the present invention can be used as a refractive lens element in the path of UV illumination light utilized in dry lithographic apparatus operating at about 248 nm. In some preferred embodiments, the OD doped quartz glass of the present invention has the necessary composition and properties for use as a refractive lens element in the path of UV illumination light utilized in immersion lithography apparatus operating at about 248 nm. In some other preferred embodiments, the OD doped quartz glass of the present invention can be used as a refractive lens element in the path of UV illumination light utilized in dry lithographic apparatus operating at about 193 nm. In some preferred embodiments, the OD-doped quartz glass of the present invention has the necessary composition and properties for use as a refractive lens element in the path of UV illumination light utilized in an immersion lithographic apparatus operating at about 193 nm. Those skilled in the lithography arts will appreciate that for quartz glass to be used as a lens element in these applications, UV transmission, UV degradation with respect to induced absorption, light-induced wavefront distortion (LIWFD), refractive index uniformity, virtual temperature, It has been found that stringent requirements for optical performance such as birefringence, light induced birefringence must be met. A wealth of literature discusses the relationship between these required optical performances and glass compositions in terms of OH concentration and distribution, halogen concentration and distribution, alkali metal concentration and distribution, transition metal concentration and distribution, etc. It is in. As discussed above, in a totally unexpected manner, the inventors have found that OD-doped high purity quartz glass has excellent performance in polarization-induced birefringence, especially when exposed to linearly polarized light. I found. Accordingly, the glasses of the present invention, particularly those doped with a high OD ratio, can be advantageously used in immersion lithography techniques. Of course, OD-doped quartz glass can be used as a material for lens elements in reflective lithography operating in the vacuum UV and X-ray spectra. Such applications have special requirements for other physical properties of the glass.

重水素原子(D)の自然同位元素存在比はモルで約1.15×10-4である。本発明のODドープ石英ガラスのn(D)/(n(D)+n(H))比は約2×10−4より高く、したがってDの自然同位元素存在比より高い。本発明の合成石英ガラス材料は実質的に無OHとすることできる。しかし、本発明の範囲内で、ガラスがあるレベルのOHを含有することはあり得る。いずれにしても、ガラスのn(OD)/(n(OD)+n(OH))比は、本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの好ましい実施形態においては約0.05より高く、いくつかの実施形態においては約0.1より高いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約0.2より高いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約0.3より高いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約0.4より高いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約0.5より高いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.8より高いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.90より高いことが好ましく、いくつかの別の好ましい実施形態においては約0.95より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.99より高いことが好ましい。発明者等は、スート-トゥ-ガラス(soot-to-glass)法を用いることにより[OD]レベルが様々な高純度合成石英ガラスが得られることを実証した。n(D)/(n(D)+n(H))が99.9%より高い高同位元素純度DOを、本発明のプロセスの1つとして以下で説明される、本発明のスート-トゥ-ガラス法に用いることができ、n(OD)/(n(OD)+n(OH))が99%より高い合成石英ガラスを作成するために用いることができる。通常のHOを様々な比率で用いれば、n(OD)/(n(OD)+n(OH))レベルが様々な合成石英ガラスを作成することができる。 The natural isotope abundance ratio of the deuterium atom (D) is about 1.15 × 10 −4 in moles. The n (D) / (n (D) + n (H)) ratio of the OD-doped quartz glass of the present invention is higher than about 2 × 10 −4 and thus higher than the natural isotope abundance ratio of D. The synthetic quartz glass material of the present invention can be substantially free of OH. However, within the scope of the present invention, it is possible for the glass to contain some level of OH. In any case, the n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio of the glass is higher than about 0.05 in some preferred embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, In some embodiments, preferably greater than about 0.1, in some embodiments, preferably greater than about 0.2, in some embodiments, preferably greater than about 0.3, In some embodiments, preferably greater than about 0.4, in some embodiments, preferably greater than about 0.5, and in some other embodiments, greater than about 0.8. Preferably in some other embodiments above about 0.90, in some other preferred embodiments above about 0.95, in some other embodiments Preferably higher than about 0.99. The inventors have demonstrated that high purity synthetic quartz glass with various [OD] levels can be obtained by using a soot-to-glass method. High isotopic purity D 2 O, where n (D) / (n (D) + n (H)) is greater than 99.9%, is described below as one of the processes of the present invention. It can be used for the to-glass method and can be used to make synthetic quartz glass with n (OD) / (n (OD) + n (OH)) higher than 99%. If ordinary H 2 O is used in various ratios, synthetic quartz glass having various levels of n (OD) / (n (OD) + n (OH)) can be produced.

本発明のODドープ合成石英ガラスにおいて、OD成分内及び、必要に応じて、OH成分内の酸素原子は、それぞれが自然同位元素存在比にある16O,17O及び18Oとすることができる。これらの3つの同位元素の自然同位元素存在比はそれぞれ、モルで、99.757%,0.038%及び0.205%である。先に説明したように、いくつかの好ましい実施形態において、本発明の石英ガラスは、それぞれの自然同位元素存在比より高いパーセンテージの17O及び18O、特に18O(安定同位元素)を含有することができる。 In the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the oxygen atoms in the OD component and, if necessary, the OH component can be 16 O, 17 O, and 18 O, each having a natural isotope abundance ratio. . The natural isotope abundance ratios of these three isotopes are 99.757%, 0.038% and 0.205%, respectively, in mol. As explained above, in some preferred embodiments, the quartz glass of the present invention contains a higher percentage of 17 O and 18 O, especially 18 O (stable isotope) than their respective natural isotope abundance. be able to.

本発明のODドープ石英ガラスのOH濃度は、重量で、いくつかの実施形態においては約600ppmより低く、いくつかの好ましい実施形態においては約160ppmより低いことが好ましく、いくつかの別の好ましい実施形態においては約50ppmより低く、いくつかの別の実施形態においては約20ppmより低いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約1ppmより低いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.1ppmより低いことがなお好ましい。   The OH concentration of the OD-doped quartz glass of the present invention is preferably by weight lower than about 600 ppm in some embodiments, lower than about 160 ppm in some preferred embodiments, and some other preferred implementations. In embodiments, it is preferably below about 50 ppm, in some other embodiments preferably below about 20 ppm, in some other embodiments preferably below about 1 ppm, in some other embodiments More preferably, is less than about 0.1 ppm.

本発明のODドープ合成石英ガラスのOD濃度は、重量で、いくつかの実施形態においては約1400ppmより低く、いくつかの好ましい実施形態においては約1000ppmより低く、いくつかの好ましい実施形態においては約800ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約500ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約300ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約150ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約50ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約20ppmより低く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約1ppmより低く、いくつかの実施形態においては約0.1〜1400ppmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては約0.1〜1000ppmの範囲にあり、いくつかの実施形態においては約0.1〜800ppmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては約0.1〜500ppmの間であり、いくつかの別の実施形態においては約0.01〜150ppmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては約0.01〜50ppmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては約0.10〜20ppmの範囲にある。   The OD concentration of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is by weight, in some embodiments, less than about 1400 ppm, in some preferred embodiments, less than about 1000 ppm, and in some preferred embodiments about OD. Below 800 ppm, in some other preferred embodiments below about 500 ppm, in some other preferred embodiments below about 300 ppm, in some other preferred embodiments below about 150 ppm, In some other preferred embodiments below about 50 ppm, in some other preferred embodiments below about 20 ppm, in some other preferred embodiments below about 1 ppm, in some embodiments Is in the range of about 0.1 to 1400 ppm. In some other embodiments, in the range of about 0.1-1000 ppm, in some embodiments in the range of about 0.1-800 ppm, and in some other embodiments, in the range of about 0.1-1000 ppm. Between 0.1 and 500 ppm, in some other embodiments in the range of about 0.01 to 150 ppm, and in some other embodiments in the range of about 0.01 to 50 ppm; In some other embodiments, it is in the range of about 0.10-20 ppm.

本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、重量で、約500ppmより少ないOH及び0.15〜1400ppmのODを含有する。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、重量で、約150ppmより少ないOH及び0.1〜1400ppmのODを含有する。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの別の実施形態において、ガラスは、重量で、約20ppmより少ないOH及び0.01〜1400ppmのODを含有する。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの別の実施形態において、ガラスは、重量で、約20ppmより少ないOH及び0.01〜300ppmのODを含有する。   In some embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 500 ppm OH and 0.15-1400 ppm OD by weight. In some embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 150 ppm OH and 0.1-1400 ppm OD by weight. In some other embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 20 ppm OH and 0.01-1400 ppm OD by weight. In some other embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 20 ppm OH and 0.01-300 ppm OD by weight.

本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスの様々な場所におけるOHの濃度[OH]に対するODの濃度[OD]の比、すなわち[OD]/[OH]は実質的に一定である。「実質的に一定の比」は、測定された最大比(R最大)と最小比(R最小)の間の差が関係式:2(R最大−R最小)/(R最大+R最小)≦0.1を満たすことを意味する。いくつかの実施形態において、2(R最大−R最小)/(R最大+R最小)≦0.05である。 In some embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the ratio of OD concentration [OD] to OH concentration [OH] at various locations of the glass, ie, [OD] / [OH] is substantially It is constant. The “substantially constant ratio” is the difference between the measured maximum ratio (R maximum ) and minimum ratio (R minimum ): 2 (R maximum− R minimum ) / (R maximum + R minimum ) ≦ It means that 0.1 is satisfied. In some embodiments, 2 (R max -R min ) / (R max + R min ) ≦ 0.05.

本発明のODドープ合成石英ガラスは、ガラスの光軸に実質的に垂直な平面内で測定して、重量で、いくつかの実施形態において約10ppmより小さく、いくつかの実施形態においては約5ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約2ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約1ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約0.1ppmより小さい、[OD]変動を有する。本発明のODドープ合成石英ガラスは、ガラスの光軸に実質的に垂直な平面内で測定して、重量で、いくつかの実施形態においては約10ppmより小さく、いくつかの実施形態においては約5ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約2ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約1ppmより小さい、[OH]変動を、この段落で説明した[OD]変動に加えて、あるいはそのような[OD]変動はなくとも、有する。   The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is less than about 10 ppm by weight in some embodiments, measured in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the glass, and in some embodiments about 5 ppm. Less than about 2 ppm in some other embodiments, less than about 1 ppm in some other embodiments, less than about 0.1 ppm in some other embodiments, [OD] Have fluctuations. The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is less than about 10 ppm by weight in some embodiments, measured in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the glass, and in some embodiments about [OH] variation less than 5 ppm, in some other embodiments less than about 2 ppm and in some other embodiments less than about 1 ppm, in addition to the [OD] variation described in this paragraph Or have no such [OD] variation.

本発明のODドープ合成石英ガラスはOD及びOH以外のドーパントを実質的に含有しない。しかし、本発明のODドープ合成石英ガラスが、Al,F,Cl及びTiのような、ドーパントを含んでいてもさしつかえない。Tiを含有する本発明のODドープ合成石英ガラスには、真空UV及びX線のスペクトルで動作する反射リソグラフィ技術に用いられる反射光学素子のような、特に温度変化に対して高い寸法安定性が要求される、反射光学素子のための基板に用いることができる点で有利である。Fがドープされた本発明のODドープ合成石英ガラスは、重量で、例えば1000ppmより少量のフッ素を含有することができ、フッ素含有量は、いくつかの実施形態においては約500ppmより少なく、いくつかの別の実施形態においては約300ppmより少なく、いくつかの別の実施形態においては約100ppmより少なく、いくつかの実施形態においては約50ppmより少なく、いくつかの別の実施形態においては約10ppmより少ない。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、重量で約150ppmより少ないOH,重量で約0.1〜1400ppmのOD及び重量で約1〜500ppmのFを含有する。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの別の実施形態において、ガラスは、重量で、約20ppmより少ないOH,約0.01〜1400ppmのOD及び約1〜500ppmのFを含有する。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの別の実施形態において、ガラスは、重量で、約20ppmより少ないOH,約0.01〜300ppmのOD及び約1〜500ppmのFを含有する。   The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention contains substantially no dopant other than OD and OH. However, the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention may contain dopants such as Al, F, Cl and Ti. The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention containing Ti requires high dimensional stability, particularly with respect to temperature changes, such as reflective optical elements used in reflective lithography technology operating in the vacuum UV and X-ray spectra. It is advantageous in that it can be used for a substrate for a reflective optical element. The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention doped with F can contain, for example, less than 1000 ppm of fluorine by weight, with the fluorine content being less than about 500 ppm in some embodiments, Less than about 300 ppm in some other embodiments, less than about 100 ppm in some other embodiments, less than about 50 ppm in some embodiments, and less than about 10 ppm in some other embodiments. Few. In some embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 150 ppm by weight OH, about 0.1 to 1400 ppm OD by weight, and about 1 to 500 ppm F by weight. In some other embodiments of the OD doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 20 ppm OH, about 0.01-1400 ppm OD, and about 1-500 ppm F by weight. In some other embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass contains less than about 20 ppm OH, about 0.01-300 ppm OD, and about 1-500 ppm F by weight.

ODドープ合成石英ガラスには、H分子、HD分子及び/またはD分子をドープすることができる。本発明のODドープ合成石英ガラスは、総量で、いくつかの好ましい実施形態においては1×1015〜1×1019分子/cmの範囲にあり、いくつかの実施形態においては約5×1015分子/cmより多く、いくつかの実施形態においては約1×1016分子/cmより多く、いくつかの好ましい実施形態においては約5×1018分子/cmより少なく、いくつかの別の好ましい実施形態においては約5×1017分子/cmより少なく、いくつかの別の好ましい実施形態においては約1×1017分子/cmより少なく、いくつかの別の好ましい実施形態においては約1×1016〜1×1017分子/cmの範囲にある、[H],[HD]及び[D]の濃度を有する。本発明のODドープ合成石英ガラスの(2n(H)+n(HD))/2(n(H)+n(HD)+n(D))比は、いくつかの好ましい実施形態においては0.1より高く、いくつかの好ましい実施形態においては約0.3より高く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約0.5より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.7より高く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約0.9より高い。いくつかの好ましい実施形態において、ガラスの(2n(H)+n(HD))/2(n(H)+n(HD)+n(D))比は、モルで、実質的にHの自然同位元素存在比である。ガラスの(2n(D)+n(HD))/2(n(H)+n(HD)+n(D))比は、いくつかの別の好ましい実施形態においては0.1より高く、いくつかの好ましい実施形態においては約0.3より高く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約0.5より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.7より高く、いくつかの別の好ましい実施形態においては約0.9より高い。いくつかの好ましい実施形態において、ガラスの(2n(D)+n(HD))/2(n(H)+n(HD)+n(D))比は、モルで、実質的にDの自然同位元素存在比である。 The OD-doped synthetic quartz glass can be doped with H 2 molecules, HD molecules and / or D 2 molecules. The total amount of OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is in the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 19 molecules / cm 3 in some preferred embodiments, and about 5 × 10 5 in some embodiments. More than 15 molecules / cm 3 , in some embodiments more than about 1 × 10 16 molecules / cm 3 , in some preferred embodiments less than about 5 × 10 18 molecules / cm 3 , In another preferred embodiment less than about 5 × 10 17 molecules / cm 3 , in some other preferred embodiments less than about 1 × 10 17 molecules / cm 3 , in some other preferred embodiments Has a concentration of [H 2 ], [HD] and [D 2 ] in the range of about 1 × 10 16 to 1 × 10 17 molecules / cm 3 . The (2n (H 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (HD) + n (D 2 )) ratio of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is 0 in some preferred embodiments. Higher than 0.1, in some preferred embodiments higher than about 0.3, in some other preferred embodiments higher than about 0.5, and in some other embodiments about 0.7. Higher, in some other preferred embodiments, higher than about 0.9. In some preferred embodiments, the glass has a (2n (H 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (HD) + n (D 2 )) ratio of substantially H It is a natural isotope abundance ratio. The (2n (D 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (HD) + n (D 2 )) ratio of the glass is higher than 0.1 in some other preferred embodiments, In some preferred embodiments greater than about 0.3, in some other preferred embodiments greater than about 0.5, in some other embodiments greater than about 0.7, In another preferred embodiment of the above, it is higher than about 0.9. In some preferred embodiments, the (2n (D 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (HD) + n (D 2 )) ratio of the glass is substantially equal to D It is a natural isotope abundance ratio.

本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスの様々な場所における[D]/[H]比,R’は実質的に一定である。「実質的に一定の比」は測定された最大比(R’最大)と最小比(R’最小)の間の差が関係式:2(R’最大−R’最小)/(R’最大+R’最小)≦0.1を満たすことを意味する。いくつかの実施形態において、2(R’最大−R’最小)/(R’最大+R’最小)≦0.05である。 In some embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the [D 2 ] / [H 2 ] ratio, R ′, at various locations of the glass is substantially constant. The “substantially constant ratio” is the difference between the measured maximum ratio (R ′ maximum ) and minimum ratio (R ′ minimum ): 2 (R ′ maximum− R ′ minimum ) / (R ′ maximum ) + R′minimum ) ≦ 0.1. In some embodiments, 2 (R ′ max −R ′ min ) / (R ′ max + R ′ min ) ≦ 0.05.

本発明のODドープ合成石英ガラスの、少なくとも1つの方向に垂直な平面内で測定したOH及びODの濃度([OH]+[OD])の変動量は、いくつかの実施形態においては約50ppmより小さく、いくつかの実施形態においては約30ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約20ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約10ppmより小さく、いくつかの別の実施形態においては約1ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.1ppmより小さいことが好ましい。   The variation in OH and OD concentrations ([OH] + [OD]) measured in a plane perpendicular to at least one direction of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is about 50 ppm in some embodiments. Preferably less than about 30 ppm in some embodiments, preferably less than about 20 ppm in some other embodiments, less than about 10 ppm in some other embodiments, In other embodiments, it is preferably less than about 1 ppm, and in some other embodiments it is preferably less than about 0.1 ppm.

本発明のODドープ石英ガラスのCl濃度は、いくつかの実施形態においては約100ppmより低く、いくつかの実施形態においては約50ppmより低く、いくつかの実施形態においては約10ppmより低い。   The Cl concentration of the OD-doped quartz glass of the present invention is below about 100 ppm in some embodiments, below about 50 ppm in some embodiments, and below about 10 ppm in some embodiments.

アルカリ金属、アルカリ土類金属及び遷移金属が石英ガラスの透過特性に有害であり得ることが知られている。例えば、ピー・シー・シュルツ(P. C. Schultz)、「非晶質シリカ内の遷移元素の光吸収(Optical Absorption of the Transition Elements in Vitreous Silica)」,Journal of The American Ceramic Society,1974年7月,第57巻,第7号,P.309〜313;名称を「純石英ガラス、炉及び方法(Pure Fused Silica, Furnace and Method)」とするコーニング社(Corning Incorporated)への米国特許第6174509B1号の明細書;名称を「石英ガラス生産のための方法及び炉(Methods and Furnaces for Fused Silica Production)」とするコーニング社への米国特許第6698248B2号の明細書を参照されたい。米国特許第6174509B1号明細書は、耐火物内の汚染金属イオンと反応するハロゲン含有ガスに耐火物の少なくとも一部がさらされる、耐火炉内で溶融シリカ粒子を収集することによって作成された物品を開示している。米国特許第6174609号明細書に開示されているように、ジルコン耐火物の改善により、石英ガラス品におけるナトリウムイオン汚染の影響が軽減された。しかし、ナトリウムだけでなくその他の汚染物も炉耐火物内に存在することが見いだされた。そのような汚染物には、アルカリ土類金属及び、鉄、チタン及び鉛のような、遷移金属、アルミニウム、リン及びイオウがある。米国特許第6698248B2号明細書は、内部透過率が高い石英ガラス部材を生産するための方法及び装置を開示している。開示されるような方法及び炉は、193nmにおける内部透過率が少なくとも99.65%/cmの石英ガラスを生産することができた。この文献においては、「微細リソグラフィ市場で用いられる次世代の石英ガラスには、99.65%/cmを上回り、好ましくは99.75%/cmを上回る、ArF(193nm)内部透過率が求められるであろう。上述した標準製造プロセスは内部透過率が99.5%/cmの石英ガラスレンズブランクを一貫して生産できる。UV透過率に主要な影響を有する金属汚染物の低減が、透過率がさらに高い石英ガラスの生産に主要な役割を果たした。ナトリウム、カリウム及び鉄のような金属の効果は、数10ppbレベルにおいて明らかである。ガラス均質性を犠牲にせずに透過率が99.65%/cmの石英ガラスを作成できる標準プロセスの能力が実証されたが、レンズブランクを大量に生産するに必要な量に関しては未だしであり、生産プロセスのための基盤として役立つには一貫性に欠ける。したがって、193nmにおける内部透過率が99.65%/cm以上の、好ましくは99.75%/cmより高い、石英ガラスの一貫した大量生産が可能な方法及び装置を提供することが望ましいであろう。」と述べられていた。しかし、これらの文献で論じられている石英ガラスは全てOH含有ガラスであり、無ODドープガラスであることに注意すべきである。   It is known that alkali metals, alkaline earth metals and transition metals can be detrimental to the transmission properties of quartz glass. For example, PC Schultz, “Optical Absorption of the Transition Elements in Vitreous Silica”, Journal of The American Ceramic Society, July 1974, No. 57, No. 7, pp. 309-313; specification of US Pat. No. 6,174,509 B1 to Corning Incorporated with the name “Pure Fused Silica, Furnace and Method” U.S. Pat. No. 6,698,248 B2 to Corning, with the name “Methods and Furnaces for Fused Silica Production”. US Pat. No. 6,174,509 B1 describes an article made by collecting fused silica particles in a refractory furnace where at least a portion of the refractory is exposed to a halogen-containing gas that reacts with contaminating metal ions in the refractory. Disclosure. As disclosed in US Pat. No. 6,174,609, improvements in zircon refractories have reduced the impact of sodium ion contamination in quartz glassware. However, it was found that not only sodium but other contaminants were also present in the furnace refractory. Such contaminants include alkaline earth metals and transition metals such as iron, titanium and lead, aluminum, phosphorus and sulfur. U.S. Pat. No. 6,698,248 B2 discloses a method and apparatus for producing quartz glass members with high internal transmittance. The method and furnace as disclosed were able to produce quartz glass with an internal transmission at 193 nm of at least 99.65% / cm. In this document, “Next-generation quartz glass used in the fine lithography market is required to have an ArF (193 nm) internal transmittance of more than 99.65% / cm, preferably more than 99.75% / cm. The standard manufacturing process described above can consistently produce quartz glass lens blanks with an internal transmission of 99.5% / cm.The reduction of metal contaminants, which have a major impact on UV transmission, Played a major role in the production of higher quartz glass The effects of metals such as sodium, potassium and iron are evident at the tens of ppb level, with a transmittance of 99.65 without sacrificing glass homogeneity. The ability of a standard process to produce% / cm quartz glass has been demonstrated, but the amount required to produce lens blanks in large quantities has not yet been achieved. Therefore, consistent mass production of quartz glass with an internal transmission at 193 nm of 99.65% / cm or higher, preferably higher than 99.75% / cm, is inconsistent. It would be desirable to provide a possible method and apparatus. " However, it should be noted that the quartz glasses discussed in these documents are all OH-containing glasses and are OD-free glasses.

高純度合成石英ガラス材料が、KrF及びArFリソグラフィ装置における屈折部材として用いるためのような、UVの注目する波長において十分な透過特性(例えば、吸収、誘起吸収、フルーエンス依存透過率、複屈折、光誘起複屈折、LIWFD等)を有するためには、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び遷移金属のレベルが極めて低くなければならないことも知られている。複数の酸化状態を有するいくつかの金属は1つの酸化状態において他の酸化状態におけるより強い吸収を生じ得る。したがって、本発明のODドープ石英ガラスが含有するいかなるアルカリ金属も、いかなるアルカリ土類金属も、またいかなる遷移金属も、重量で、いくつかの実施形態においては100ppmより少なく、いくつかの実施形態においては約50ppmより少なく、いくつかの実施形態においては約10ppmより少なく、いくつかの実施形態においては1ppmより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては500ppbより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては約300ppbより少なく、いくつかの実施形態においては約100ppbより少なく、いくつかの実施形態においては50ppbより少なく、いくつかの実施形態においては約20ppbより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては約10ppbより少ないことが好ましい。全ての金属の中では、ナトリウムが、事実上遍在し、取扱過程でガラスに導入され得ることから、ガラス組成から低減することが最も困難な金属の1つである。ナトリウムはまた、高温において、特に800℃以上で、固結ガラス及びスートプリフォーム内に異常に速く拡散する。それにもかかわらず、約248nmまたは193nmのような、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置において屈折光学素子として用いられ得る能力をガラスが有するためには、ガラスが含有するナトリウムは、重量で、約100ppbより少ないことが一般に望ましく、いくつかの実施形態においては約50ppbより少なく、いくつかの実施形態においては30ppbより少なく、(約193nmで動作するリソグラフィ装置で使用するためのような)いくつかの実施形態においては約10ppbより少なく、いくつかの実施形態においては5ppbより少ないことが望ましい。発明者等は、ナトリウムレベルがそのように低いODドープ高純度石英ガラスを作成した。いくつかの実施形態においては、ガラスが含有するいかなる遷移金属も2ppbより少ない。いくつかの実施形態においては、ガラスが含有するいかなる遷移金属も1ppbより少ない。いくつかの実施形態においては、ガラスが含有するいかなる遷移金属も0.5ppbより少ない。特にArFレーザリソグラフィ装置において屈折光学部材としてガラスが用いられるためには、ガラスが含有する以下の全ての酸化状態にある個々の元素、Ti(例えば、+2,+4),V(例えば、+5,+4),Cr(例えば、+6,+3),Mn(例えば、+6,+4,+2),Fe(例えば、+3,+2),Co(例えば、+3,+2),Ni(例えば+2),Cu(例えば、+2,+1),Zn(例えば+2),Ge(例えば、+4,+2),Zr(例えば+4),Ag(例えば+1),Cd(例えば+1),Sn(例えば、+4,+2),Pb(例えば、+4,+2),Bi(例えば、+5,+3)及びU(例えば、+6,+3)、のいずれの濃度も、重量で、いくつかの実施形態においては2ppbより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては1ppbより少ないことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては0.5ppbより少なく、いくつかの実施形態においては0.1ppbより少ない。もちろん、(0状態にある)元素金属は一般にガラスの透過特性に有害である。本発明のODドープ合成石英ガラスが含有する、全ての酸化状態にあるいずれかの及び全ての金属は合せて、重量で、いくつかの実施形態においては100ppmより少なく、いくつかの実施形態においては約50ppmより少なく、いくつかの実施形態においては約10ppmより少なく、いくつかの実施形態においては1ppmより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては500ppbより少ないことが好ましく、いくつかの実施形態においては約300ppbより少なく、いくつかの実施形態において約100ppbより少なく、いくつかの実施形態において約50ppbより少なく、いくつかの実施形態においては30ppbより少ないことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては10ppbより少ないことが好ましい。OHドープリソグラフィ用石英ガラス及びFドープリソグラフィ用石英ガラスについても、そのような元素は同様の低いレベルにあることが望ましい。   Sufficient transmission properties (eg absorption, induced absorption, fluence-dependent transmittance, birefringence, light, etc.) at wavelengths of interest for UV, such as high purity synthetic quartz glass materials for use as refractive members in KrF and ArF lithographic apparatus It is also known that the levels of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals must be very low in order to have induced birefringence, LIWFD, etc.). Some metals with multiple oxidation states can produce stronger absorption in one oxidation state than in other oxidation states. Thus, any alkali metal, any alkaline earth metal, and any transition metal that the OD-doped quartz glass of the present invention contains is less than 100 ppm in some embodiments by weight, in some embodiments. Is less than about 50 ppm, in some embodiments less than about 10 ppm, in some embodiments less than 1 ppm, in some embodiments less than 500 ppb, In embodiments, it is preferred to have less than about 300 ppb, in some embodiments less than about 100 ppb, in some embodiments less than 50 ppb, in some embodiments less than about 20 ppb, Smell It is preferred that less than about 10 ppb. Among all metals, sodium is one of the most difficult metals to reduce from glass composition because it is ubiquitous in nature and can be introduced into the glass during handling. Sodium also diffuses extraordinarily fast into consolidated glass and soot preforms at high temperatures, particularly above 800 ° C. Nevertheless, in order for a glass to have the ability to be used as a refractive optical element in a lithographic apparatus operating at wavelengths shorter than about 300 nm, such as about 248 nm or 193 nm, the sodium it contains is by weight Less than about 100 ppb is generally desirable, in some embodiments less than about 50 ppb, in some embodiments less than 30 ppb, some (such as for use in a lithographic apparatus operating at about 193 nm) In some embodiments, less than about 10 ppb and in some embodiments less than 5 ppb is desirable. The inventors created OD-doped high purity quartz glass with such a low sodium level. In some embodiments, the glass contains less than 2 ppb of any transition metal. In some embodiments, any transition metal that the glass contains is less than 1 ppb. In some embodiments, any transition metal that the glass contains is less than 0.5 ppb. In particular, in order for glass to be used as a refractive optical member in an ArF laser lithography apparatus, individual elements in the following oxidation states contained in glass, Ti (for example, +2, +4), V (for example, +5, +4) ), Cr (eg, +6, +3), Mn (eg, +6, +4, +2), Fe (eg, +3, +2), Co (eg, +3, +2), Ni (eg, +2), Cu (eg, +2, +1), Zn (eg +2), Ge (eg +4, +2), Zr (eg +4), Ag (eg +1), Cd (eg +1), Sn (eg +4, +2), Pb (eg , +4, +2), Bi (eg, +5, +3) and U (eg, +6, +3), preferably by weight, in some embodiments, less than 2 ppb. Preferably less than 1ppb in some embodiments, less than 0.5ppb in certain other embodiments, less than 0.1ppb in some embodiments. Of course, elemental metals (in the 0 state) are generally detrimental to the transmission properties of glass. Any and all metals in all oxidation states contained in the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention are combined, by weight, in some embodiments less than 100 ppm, in some embodiments Less than about 50 ppm, in some embodiments less than about 10 ppm, in some embodiments less than 1 ppm, in some embodiments less than 500 ppb, in some embodiments Preferably less than about 300 ppb, in some embodiments less than about 100 ppb, in some embodiments less than about 50 ppb, and in some embodiments less than 30 ppb, in some other embodiments Less than 10 ppb Preferred. It is desirable that such elements be at a similar low level for OH-doped lithographic quartz glass and F-doped lithographic quartz glass.

ほぼ193nmで動作し、フルーエンスがほぼ70μJ/(cm・パルス)でパルス長がほぼ25nsのレーザビームの100億(1010)パルスにさらされたときの、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す光誘起波面歪曲(LIWFD)は、633nmで測定して、いくつかの好ましい実施形態においては−0.1〜0.1nm/cmの範囲にあり、いくつかの好ましい実施形態では−0.5〜0.5nm/cmの範囲にあり、いくつかの別の好ましい実施形態では約0〜1nm/cmの範囲にあり、いくつかの別の好ましい実施形態では約0〜0.5nm/cmの範囲にある。 The OD-doped synthetic quartz glass of the present invention when operated at approximately 193 nm, exposed to 10 billion (10 10 ) pulses of a laser beam with a fluence of approximately 70 μJ / (cm 2 · pulse) and a pulse length of approximately 25 ns The light induced wavefront distortion (LIWFD) shown is in the range of -0.1 to 0.1 nm / cm in some preferred embodiments, measured at 633 nm, and -0.5 in some preferred embodiments. In the range of ˜0.5 nm / cm, in some other preferred embodiments in the range of about 0-1 nm / cm, and in some other preferred embodiments in the range of about 0-0.5 nm / cm. It is in.

約193nmのエキシマーレーザの約200億(2×1010)以下の数のパルスにさらされたときの、上述したLIWFD特性に加えて、またはそのようなLIWFD特性にかかわらず、約633nmで測定した、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す規格化波面歪曲L633は、いくつかの実施形態においては−1.0<L633≦1.0であり、いくつかの実施形態においては−0.5≦L633≦1.0であり、いくつかの実施形態においては−0.1≦L633≦1.0であり、いくつかの実施形態においては0≦L633≦1.0であり、いくつかの好ましい実施形態においては0≦L633≦0.5であり、いくつかの別の好ましい実施形態においては0≦L633≦0.4であり、いくつかの別の実施形態においては0≦L633≦0.3であることが好ましい。 Measured at about 633 nm in addition to or regardless of the LIWFD characteristics described above when exposed to less than about 20 billion (2 × 10 10 ) pulses of an excimer laser of about 193 nm The normalized wavefront distortion L633 exhibited by the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is −1.0 <L633 ≦ 1.0 in some embodiments and −0.5 ≦ in some embodiments. L633 ≦ 1.0, in some embodiments −0.1 ≦ L633 ≦ 1.0, and in some embodiments 0 ≦ L633 ≦ 1.0, some preferred implementations In embodiments 0 ≦ L633 ≦ 0.5, in some other preferred embodiments 0 ≦ L633 ≦ 0.4, and in some other embodiments 0 ≦ L633 ≦ 0.5. It is preferably 0.3.

約193nmのエキシマーレーザの約200億(2×1010)以下の数のパルスにさらされたときの、上述したLIWFD及びL633特性に加えて、またはそのようなLIWFD及びL633特性にかかわらず、約193nmで測定した、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す規格化波面歪曲L193は、いくつかの実施形態においては−1.0<L193≦1.0であり、いくつかの実施形態においては−0.5≦L193≦1.0であり、いくつかの実施形態において−0.1≦L193≦1.0であり、いくつかの実施形態においては0≦L193≦1.0であり、いくつかの実施形態においては0≦L193≦0.5であることが好ましく、いくつかの実施形態においては0≦L193≦0.4であることが好ましく、いくつかの別の実施形態においては0≦L193≦0.3であることが好ましい。 In addition to, or regardless of, the LIWFD and L633 characteristics described above when exposed to about 20 billion (2 × 10 10 ) or less pulses of an excimer laser of about 193 nm The normalized wavefront distortion L193 exhibited by the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, measured at 193 nm, is −1.0 <L193 ≦ 1.0 in some embodiments, and − in some embodiments— 0.5 ≦ L193 ≦ 1.0, in some embodiments −0.1 ≦ L193 ≦ 1.0, and in some embodiments 0 ≦ L193 ≦ 1.0, In some embodiments, 0 ≦ L193 ≦ 0.5 is preferable, and in some embodiments, 0 ≦ L193 ≦ 0.4 is preferable. In the embodiment, it is preferable that 0 ≦ L193 ≦ 0.3.

フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの5×10パルスにさらされた後に、約633nmで測定した、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す偏光誘起複屈折(絶対値)は、いくつかの実施形態においては約1nm/cmより小さく、いくつかの実施形態においては0.1nm/cmより小さいことが好ましい。フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの1×1010パルスにさらされた後に、約633nmで測定した、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す偏光誘起複屈折(絶対値)は、いくつかの実施形態においては約1nm/cmより小さく、いくつかの実施形態においては0.1nm/cmより小さいことが好ましい。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの2×1010パルスにさらされた後に、約633nmで測定して、約0.1nm/cmより小さい偏光誘起複屈折(絶対値)を示す。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの2×1010パルスにさらされた後に、約633nmで測定して、約0.04nm/cmより小さい偏光誘起複屈折(絶対値)を示す。本発明の合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの2×1010パルスにさらされた後に、約633nmで測定して、約0.001nm/cmより大きい偏光誘起複屈折(絶対値)を示す。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは、フルーエンスが約40μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの2×1010パルスにさらされた後に、約633nmで測定して、約0.01nm/cmより大きい偏光誘起複屈折(絶対値)を示す。 OD of the present invention measured at about 633 nm after exposure to 5 × 10 9 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns The polarization induced birefringence (absolute value) exhibited by the doped synthetic quartz glass is preferably less than about 1 nm / cm in some embodiments and less than 0.1 nm / cm in some embodiments. OD of the present invention measured at about 633 nm after exposure to 1 × 10 10 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns The polarization induced birefringence (absolute value) exhibited by the doped synthetic quartz glass is preferably less than about 1 nm / cm in some embodiments and less than 0.1 nm / cm in some embodiments. In some embodiments of the OD doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass is 2 × of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. After exposure to 10 10 pulses, it exhibits a polarization-induced birefringence (absolute value) of less than about 0.1 nm / cm, measured at about 633 nm. In some embodiments of the OD doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass is 2 × of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. After exposure to 10 10 pulses, it exhibits a polarization-induced birefringence (absolute value) of less than about 0.04 nm / cm, measured at about 633 nm. In some embodiments of the synthetic quartz glass of the present invention, the glass is 2 × 10 10 of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. After exposure to the pulse, it exhibits a polarization-induced birefringence (absolute value) greater than about 0.001 nm / cm, measured at about 633 nm. In some embodiments of the OD doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass is 2 × of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. After exposure to 10 10 pulses, it shows a polarization-induced birefringence (absolute value) greater than about 0.01 nm / cm, measured at about 633 nm.

約193nmの直線偏光エキシマーレーザパルスの約200億(2×1010)以下の数のパルスにさらされたときに、本発明のODドープ合成石英ガラスが示す規格化偏光誘起複屈折は、いくつかの実施形態においては10より小さく、いくつかの実施形態においては5より小さい。 There are several normalized polarization-induced birefringences exhibited by the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention when exposed to about 20 billion (2 × 10 10 ) or less pulses of a linearly polarized excimer laser pulse of about 193 nm. Less than 10 in some embodiments and less than 5 in some embodiments.

本発明のODドープ石英ガラスが、フルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの2×10パルスにさらされた後に、示す偏光誘起複屈折は、約633mで測定して、いくつかの実施形態においては約0.04nm/cmより小さく、いくつかの実施形態においては約0.02nm/cmより小さく、フルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長が約25nsの、約193nmの直線偏光パルスレーザビームの5×10パルスにさらされた後に、示す偏光誘起複屈折は、約633mで測定して、いくつかの実施形態において約0.02nm/cmより小さい。 The OD-doped quartz glass of the present invention is shown after being exposed to 2 × 10 9 pulses of a linearly polarized pulsed laser beam of about 193 nm with a fluence of about 200 μJ · cm −2 pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns. Polarization-induced birefringence, measured at about 633 m, is less than about 0.04 nm / cm in some embodiments, less than about 0.02 nm / cm in some embodiments, and has a fluence of about 200 μJ ···. After exposure to 5 × 10 9 pulses of an approximately 193 nm linearly polarized pulsed laser beam with a pulse length of approximately 25 ns at cm −2 pulse− 1 , the polarization induced birefringence shown is In some embodiments, it is less than about 0.02 nm / cm.

約193nmの直線偏光エキシマーレーザパルスの約20億(2×10)以下の数のパルスにさらされたときに、本発明のODドープ石英ガラスが示す規格化偏光誘起複屈折は、いくつかの実施形態においては2より小さく、いくつかの実施形態においては1より小さく、いくつかの実施形態においては0.5より小さい。約193nmのエキシマーレーザパルスの約50億(5×10)以下の数のパルスにさらされたときに、ガラスが示す規格化偏光誘起複屈折は、いくつかの実施形態においては2より小さく、いくつかの実施形態においては1より小さく、いくつかの実施形態においては0.5より小さい。約193nmのエキシマーレーザパルスの約80億(8×10)以下の数のパルスにさらされたときに、ガラスが示す規格化偏光誘起複屈折は、いくつかの実施形態においては2より小さく、いくつかの実施形態においては1より小さく、いくつかの実施形態においては0.5より小さい。 The normalized polarization-induced birefringence exhibited by the OD-doped quartz glass of the present invention when exposed to about 2 billion (2 × 10 9 ) or less pulses of about 193 nm linearly polarized excimer laser pulses is In embodiments, it is less than 2, in some embodiments, less than 1, and in some embodiments, less than 0.5. The normalized polarization-induced birefringence that the glass exhibits when exposed to about 5 billion (5 × 10 9 ) or less pulses of about 193 nm excimer laser pulses in some embodiments is less than 2, In some embodiments less than 1 and in some embodiments less than 0.5. The normalized polarization-induced birefringence that the glass exhibits when exposed to no more than about 8 billion (8 × 10 9 ) pulses of about 193 nm excimer laser pulses, in some embodiments, is less than 2, In some embodiments less than 1 and in some embodiments less than 0.5.

本発明のODドープ合成石英ガラスが約193nmにおいて示す初期内部透過率は、いくつかの実施形態においては少なくとも99.00%/cmであり、いくつかの実施形態においては少なくとも99.50%/cmであることが望ましく、いくつかの実施形態においては少なくとも99.65%/cmであることが望ましく、いくつかの実施形態においては少なくとも99.75%/cmであることが好ましく、いくつかの別の実施形態においては少なくとも99.80%/cmであることが好ましい。   The initial internal transmission exhibited by the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention at about 193 nm is at least 99.00% / cm in some embodiments and at least 99.50% / cm in some embodiments. In some embodiments, it is desirable to be at least 99.65% / cm, and in some embodiments, it is preferably at least 99.75% / cm. In this embodiment, it is preferably at least 99.80% / cm.

本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは約1150℃より低い仮想温度を示す。本発明のODドープ合成石英ガラスのいくつかの別の実施形態において、ガラスは約1000℃より低い仮想温度を示す。本発明のガラスのいくつかの実施形態において、ガラスは約800℃より高い仮想温度を示す。   In some embodiments of the OD doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass exhibits a fictive temperature below about 1150 ° C. In some other embodiments of the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, the glass exhibits a fictive temperature below about 1000 ° C. In some embodiments of the glass of the present invention, the glass exhibits a fictive temperature greater than about 800 ° C.

本発明のODドープ合成石英ガラスが示す少なくとも1つの方向に垂直な平面内で測定された屈折率変化量は、いくつかの実施形態においては約10ppmより小さく、いくつかの実施形態においては約5ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約2ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約1ppmより小さいことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては約0.5ppmより小さいことが好ましい。   The refractive index change measured in a plane perpendicular to at least one direction exhibited by the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention is less than about 10 ppm in some embodiments and about 5 ppm in some embodiments. Preferably less than about 2 ppm, in some other embodiments, preferably less than about 1 ppm, and in some other embodiments, about Preferably it is less than 0.5 ppm.

本発明の別の態様は、上で全般的にまた詳細に説明され、いかに例示される、本発明のODドープ合成石英ガラス材料からなる光学ガラス部材である。本光学ガラス部材は約300nmより短い波長を有する照射光の光路に有利に用いられるが、本発明のガラス部材は、可視スペクトルまたは赤外スペクトルのような、より長い波長を有する照射光の光路に用いることができる。本発明のODドープガラスは、OHが望ましくなく、ODは受け入れられる、いくつかの赤外用途での使用に特に有利である。本発明のそのようなガラス部材の非限定的例には、屈折レンズ素子として使用するための光学部材、スパッタターゲット等を含めることができるが、これらには限定されない。屈折レンズ素子は、例えば、リソグラフィスキャナ及びステッパ機器、レーザ発生器、レーザエタロン、リソグラフィ検査装置等に用いることができる。本発明のODドープガラス光学部材は、その改善された耐レーザ損傷強度により、高フルーエンス照射光をともなう装置に特に適している。   Another aspect of the present invention is an optical glass member composed of the OD-doped synthetic quartz glass material of the present invention, as described generally and in detail above. The optical glass member is advantageously used in the optical path of irradiation light having a wavelength shorter than about 300 nm, but the glass member of the present invention is used in the optical path of irradiation light having a longer wavelength, such as the visible spectrum or the infrared spectrum. Can be used. The OD doped glass of the present invention is particularly advantageous for use in some infrared applications where OH is undesirable and OD is acceptable. Non-limiting examples of such glass members of the present invention can include, but are not limited to, optical members, sputter targets, etc. for use as refractive lens elements. The refractive lens element can be used in, for example, a lithography scanner and a stepper device, a laser generator, a laser etalon, a lithography inspection apparatus, and the like. The OD-doped glass optical member of the present invention is particularly suitable for devices with high fluence irradiation light due to its improved laser damage resistance.

本発明のまた別の態様は本発明の光学部材を少なくとも1つ備えるリソグラフィシステムである。本リソグラフィシステムは、少なくとも1つのレンズ素子を液体に触れさせる、浸漬システムであることが有利である。浸漬リソグラフィシステムは通常、直線偏光照射光を用いる。高い耐偏光誘起複屈折損傷強度により、本発明のODドープ合成石英ガラス部材はそのようなリソグラフィシステムに特に適する。上述したような、本発明のODドープガラス材料の優れた性能により、本発明のODドープガラス材料は、約248nm,193nm及び157nmにおけるような、約300nmより短波長で動作する従来の乾式リソグラフィ装置に用いることができる。   Another aspect of the present invention is a lithography system including at least one optical member of the present invention. The lithographic system is advantageously an immersion system in which at least one lens element is brought into contact with the liquid. Immersion lithography systems typically use linearly polarized illumination light. Due to the high resistance to polarization-induced birefringence damage, the OD-doped synthetic quartz glass member of the present invention is particularly suitable for such lithography systems. Due to the superior performance of the OD-doped glass material of the present invention as described above, the OD-doped glass material of the present invention is a conventional dry lithographic apparatus that operates at wavelengths shorter than about 300 nm, such as at about 248 nm, 193 nm, and 157 nm. Can be used.

本発明のODドープ合成石英ガラス材料は、いくつかを挙げれば、ダイレクト-トゥ-ガラス(direct-to-glass)法、スート-トゥ-ガラス法及びゾルゲルプロセスのような、様々な方法を用いることによって作成することができる。一般に、本発明のODドープ石英ガラスは、(i)シリカを作成するためのD交換出発材料またはD富化出発材料の利用、(ii)富D環境における石英ガラスの作成、または(iii)石英ガラスへのODドーピングによって作成することができる。   The OD-doped synthetic quartz glass material of the present invention uses various methods such as direct-to-glass method, soot-to-glass method and sol-gel process, to name a few. Can be created. In general, the OD-doped quartz glass of the present invention comprises (i) the use of a D-exchange starting material or a D-enriched starting material to make silica, (ii) the production of quartz glass in a rich D environment, or (iii) quartz. It can be created by OD doping into the glass.

発明者等が考える第1の方法はダイレクト-トゥ-ガラス法である。概括的にいえば、このプロセスは、
(I)複数のシリカ含有粒子を提供する工程、
(II)粒子がその場で固結して透明ガラス材料になるように高温において支持堆積表面に複数の粒子を堆積させる工程、
を含み、ここで、
工程(II)において、堆積及び固結は、得られる石英ガラスがOD及び、必要に応じて、OHを含有し、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が約2×10-4より高くなるように、D含有雰囲気で行われ、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比は、いくつかの実施形態においては約0.05より高いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約0.1より高いことが好ましく、いくつかの別の実施形においては約0.3より高く、いくつかの別の実施形においては約0.5より高く、いくつかの別の実施形においては約0.8より高く、さらにまた別の実施形態においては約0.9より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.95より高い。
The first method considered by the inventors is the direct-to-glass method. Generally speaking, this process is
(I) providing a plurality of silica-containing particles;
(II) depositing a plurality of particles on the support deposition surface at a high temperature so that the particles consolidate in place into a transparent glass material;
Where, where
In step (II), the deposition and consolidation are carried out by the obtained quartz glass containing OD and optionally OH, and the ratio of n (OD) / (n (OD) + n (OH)) is about 2 ×. Preferably, it is performed in a D-containing atmosphere so that it is higher than 10 −4 , and the n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio is preferably higher than about 0.05 in some embodiments. Preferably higher than about 0.1 in some embodiments, higher than about 0.3 in some other embodiments, higher than about 0.5 in some other embodiments, In some other embodiments, greater than about 0.8, yet in other embodiments, greater than about 0.9, and in some other embodiments, greater than about 0.95.

工程(I)において、複数のシリカ含有粒子は、(SiClのような)ハロゲン化シリコンまたは有機シリコン化合物のような、シリコンを含有する少なくとも1つの前駆化合物の火炎加水分解によって提供することができる。有機シリコン化合物の非限定的例として、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)を挙げることができる。前駆化合物は(D含有OMCTSのように)Dをその自然同位元素比より高いレベルで含有することができ、この場合、粒子自体が通常は作成された時点でODドープされている。あるいは、前駆化合物はDをその自然同位元素存在比をこえないレベルで含有し得るが、添加DOまたはCD,CDH,CD,D,HD等のような、D含有化合物を燃料として燃やすことによりつくられるDOを含有する雰囲気のような、Dをその自然同位元素比より高いレベルで含有する雰囲気において前駆化合物に火炎加水分解を受けさせることができる。シリコン含有粒子はあらかじめ作成しておくことができ、あるいは、工程(II)において粒子が堆積されて固結される炉と同じ炉内でその場で作成することができる。シリコン含有粒子があらかじめ作成される場合、粒子は工程(I)においてスートディスペンサーによって提供されることができ、支持堆積表面にスプレーされて、固結させられる。あらかじめ作成された粒子がD含有粒子であれば、あらかじめ作成された粒子のODレベル及び最終固結ガラスの所望のODレベルに依存して、Dを含有しているかまたはしていない環境において工程(II)を行うことができる。あらかじめ作成された粒子がD含有粒子でなければ、固結ガラスにODを導入するために、工程(II)は(DOまたはDガスあるいはこれらの組合せが存在しているような)D含有環境において行われるべきである。本発明のODドープ石英ガラスを作成するためのこのダイレクト-トゥ-ガラス法はプラズマアシストプロセスとすることができる。粒子がつくられる雰囲気及び工程(II)が行われる雰囲気のn(D)/(n(D)+n(H))比を調節することにより、ODが所望のレベルでドープされている最終ODドープガラスを作成することができる。 In step (I), the plurality of silica-containing particles can be provided by flame hydrolysis of at least one precursor compound containing silicon, such as a silicon halide (such as SiCl 4 ) or an organosilicon compound. . Non-limiting examples of organosilicon compounds include octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS). The precursor compound can contain D at a level higher than its natural isotope ratio (as in D-containing OMCTS), in which case the particles themselves are usually OD-doped at the time they are made. Alternatively, the precursor compound may contain D at a level that does not exceed its natural isotope abundance, but may contain D, such as added D 2 O or CD 4 , CDH 3 , CD 2 H 2 , D 2 , HD, etc. The precursor compound can be subjected to flame hydrolysis in an atmosphere containing D at a level higher than its natural isotope ratio, such as an atmosphere containing D 2 O created by burning the compound as a fuel. The silicon-containing particles can be prepared in advance, or can be prepared in-situ in the same furnace in which the particles are deposited and consolidated in step (II). If the silicon-containing particles are pre-made, the particles can be provided by a soot dispenser in step (I) and sprayed onto the support deposition surface and consolidated. If the pre-made particles are D-containing particles, depending on the OD level of the pre-made particles and the desired OD level of the final consolidated glass, the process in an environment containing or not containing D ( II) can be performed. If the pre-made particles are not D-containing particles, step (II) is performed in order to introduce OD into the consolidated glass (as D 2 O or D 2 gas or a combination thereof is present). Should be done in a containing environment. This direct-to-glass method for making the OD doped quartz glass of the present invention can be a plasma assist process. Final OD doping in which OD is doped at a desired level by adjusting the n (D) / (n (D) + n (H)) ratio of the atmosphere in which the particles are made and the atmosphere in which step (II) is performed Glass can be created.

本発明の高純度ODドープ石英ガラスの作成に適合させることができる、ダイレクト-トゥ-ガラス法を用いることによって高純度石英ガラス材料を作成するための装置及びプロセスに関する文献は豊富にある。例えば、工程(II)における支持堆積表面は水平回転テーブルの実質的に平坦な堆積面であることが極めて望ましい。一般に、深UV及び真空UVリソグラフィ装置に用いるためのODドープ石英ガラスを得るためには、ガラスは極めて清浄な環境において高純度の原材料及び処理剤を用いることで作成されるべきであり、所望の特性に有害な金属による汚染を避けるために注意が払われるべきである。高純度の出発材料及びスート(及び対応する固結ガラス)を作成するための装置及び/または微量金属を除去するための、例えばClまたはCl+COによる、スート(及びスートを固結するために用いられる装置)の純化によって、低金属不純物が得られる。しかし、通常の無ODドープ高純度石英ガラスの作成における場合のように、望ましい場合には、ダイレクト-トゥ-ガラス炉においてODドープ合成石英ガラス材料に、F,Al,Ti等のような、様々なドーパントをドープすることも可能である。工程(I)において粒子があらかじめ作成されている場合、粒子は実質的に同じ組成を有することができ、あるいは相異なる組成を有することができる(例えば、ドーパントを含有するいくらかの粒子及び実質的にドーパントを含有しない粒子を混合して、工程(I)において提供することができる)。 There is a wealth of literature on equipment and processes for making high purity quartz glass materials by using the direct-to-glass method that can be adapted to making the high purity OD doped quartz glass of the present invention. For example, it is highly desirable that the support deposition surface in step (II) is a substantially flat deposition surface of a horizontal turntable. In general, in order to obtain OD-doped quartz glass for use in deep UV and vacuum UV lithographic apparatus, the glass should be made using high purity raw materials and processing agents in a very clean environment, as desired. Care should be taken to avoid contamination with metals harmful to the properties. Equipment for making high purity starting materials and soot (and corresponding consolidated glass) and / or soot (and soot, for example, with Cl 2 or Cl 2 + CO to remove trace metals) Low metal impurities can be obtained by purifying the apparatus used for the above. However, as desired in the production of ordinary OD-free high purity quartz glass, if desired, various OD-doped synthetic quartz glass materials such as F, Al, Ti, etc. in a direct-to-glass furnace. It is also possible to dope with different dopants. If the particles are pre-made in step (I), the particles can have substantially the same composition, or can have different compositions (eg, some particles containing a dopant and substantially Particles containing no dopant can be mixed and provided in step (I)).

工程(II)で作成された固結ガラスは、さらに、
(III) 工程(II)で得られた固結ガラスを、H及び/またはHD及び/またはDを含有する雰囲気内で処理する工程、
を受けることができる。
The consolidated glass produced in step (II)
(III) a step of treating the consolidated glass obtained in step (II) in an atmosphere containing H 2 and / or HD and / or D 2 ;
Can receive.

工程(III)の目的は、固結ガラス内の水素分子(H,HD及び/またはD)のレベルを所望のレベルに調節することである。所望のレベルでガラスにドープされた水素分子は材料の光学性能を向上させることができる。そのような水素処理は約600℃より低温で行われることが望ましい。いくつかの場合には、水素処理が約600℃より高温で行われることが望ましいこともある。一般に、水素処理は約1000℃より低温で行われることが望ましい。一般に、工程(III)の処理時間及び温度は、処理されたガラス内のH,HD及びDの濃度の総合計が約0.5×1015〜約5×1019分子/cmの範囲にあり、いくつかの実施形態においては好ましく約0.5×1015〜約5×1018分子/cmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては好ましくは約1×1015〜約1×1018分子/cmの範囲にあり、いくつかの実施形態においては好ましくは約0.5×1016〜約5×1018分子/cmの範囲にあり、いくつかの別の実施形態においては好ましくは約1×1016〜約1×1018分子/cmの範囲にあるように、選ばれることが望ましい。いくつかの実施形態においては、工程(III)の雰囲気がD含有雰囲気である、すなわち雰囲気がDの自然同位元素存在比より高い(2n(D)+n(HD))/2(n(H)+n(D)+n(HD))比を有することが望ましい。工程(III)の後、ガラスの様々な場所における[D]/[H]比は実質的に一定である、すなわちD及びHの分布プロファイルが(濃度は異なっているかもしれないが)実質的に同じであることも望ましい。しかし、コストを下げるため、工程(III)において、雰囲気が実質的にDを含有しない、すなわち、雰囲気の(2n(H)+n(HD))/2(n(H)+n(D)+n(HD))比がHの自然同位元素存在比より高いかまたはそれにほぼ等しいことが望ましいこともあり得る。 The purpose of step (III) is to adjust the level of molecular hydrogen (H 2 , HD and / or D 2 ) in the consolidated glass to a desired level. Hydrogen molecules doped into the glass at the desired level can improve the optical performance of the material. Such hydrogen treatment is desirably performed at a temperature lower than about 600 ° C. In some cases, it may be desirable for the hydrogen treatment to occur at a temperature above about 600 ° C. Generally, it is desirable that the hydrogen treatment be performed at a temperature lower than about 1000 ° C. In general, the processing time and temperature of step (III) is such that the total concentration of H 2 , HD and D 2 in the processed glass is about 0.5 × 10 15 to about 5 × 10 19 molecules / cm 3 . In some embodiments, preferably in the range of about 0.5 × 10 15 to about 5 × 10 18 molecules / cm 3 , and in some other embodiments, preferably about 1 × 10 15. To about 1 × 10 18 molecules / cm 3 , and in some embodiments preferably in the range of about 0.5 × 10 16 to about 5 × 10 18 molecules / cm 3 , In this embodiment, it is desirable to select it so as to be in the range of about 1 × 10 16 to about 1 × 10 18 molecules / cm 3 . In some embodiments, the atmosphere of step (III) is a D-containing atmosphere, ie the atmosphere is higher than the natural isotope abundance ratio of D (2n (D 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (D 2 ) + n (HD)) ratio. After step (III), the [D 2 ] / [H 2 ] ratio at various locations on the glass is substantially constant, ie the distribution profiles of D 2 and H 2 (concentrations may be different) It is also desirable that it be substantially the same). However, in order to reduce costs, in step (III), the atmosphere does not substantially contain D, that is, (2n (H 2 ) + n (HD)) / 2 (n (H 2 ) + n (D 2 ) of the atmosphere. ) + N (HD)) ratio may be higher than or approximately equal to the natural isotope abundance ratio of H.

本明細書では「パーティクル-トゥ-ガラス(particle-to-glass)」と称される、本発明のODドープ合成石英ガラスを作成するための本発明の別の方法は、多孔質粒子プリフォームの形成を含む。本方法は、
(A)複数のシリカ含有粒子を有する粒子プリフォームを提供する工程、
(B)必要に応じて、粒子プリフォームを純化及び/または乾燥する工程、
(C)必要に応じて、粒子プリフォームにさらにドーパントをドープする工程、
(D)ガラスを緻密化するために高温で粒子プリフォームを固結する工程、及び
(E)必要に応じて、工程(D)で得られた固結ガラスをH,HD及びDの存在の下で処理する工程、
を含み、
工程(A),(B),(C),(D)及び(E)の内の少なくとも1つにおいて、ODがガラスに導入されるかまたはガラス内に形成される。一般に、工程(A),(B),(C)及び(D)の内の1つにおいてODがガラスに導入されることが好ましい。
Another method of the present invention for making the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, referred to herein as “particle-to-glass”, is a porous particle preform. Including formation. This method
(A) providing a particle preform having a plurality of silica-containing particles;
(B) A step of purifying and / or drying the particle preform as required.
(C) A step of further doping the particle preform with a dopant, if necessary,
Step to consolidate the particles preform at a high temperature to densify the (D) glass, and (E) optionally, a consolidated glass obtained in step (D) of H 2, HD and D 2 Processing in the presence of,
Including
In at least one of steps (A), (B), (C), (D) and (E), OD is introduced into or formed in the glass. In general, it is preferred that OD be introduced into the glass in one of steps (A), (B), (C) and (D).

このプロセスの一実施形態において、工程(A)は、
(A1)複数の粒子を提供する工程、及び
(A2)支持表面上に粒子を堆積させて粒子プリフォームを形成する工程、
を含む。いくつかの実施形態において支持表面は回転していることが好ましい。
In one embodiment of this process, step (A) comprises
(A1) providing a plurality of particles, and (A2) depositing particles on a support surface to form a particle preform,
including. In some embodiments, the support surface is preferably rotating.

工程(A1)において、粒子は、(A1.1)プラズマアシストプロセスとすることができる、少なくとも1つの(ハロゲン化シリコン(例えばSiCl)または有機シリコン化合物のような)シリコン含有前駆化合物の火炎加水分解、または(A1.2)プラズマアシストプロセスとすることができる、スートディスペンサー、あるいは(A1.3)その他のプラズマアシストプロセスによって、提供することができ、有機シリコン化合物の例として、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)を挙げることができる。本出願明細書において、工程(A1.1)をともなうパーティクル-トゥ-ガラスプロセスは「スート-トゥ-ガラス」プロセスと称される。通常の無ODドープ高純度石英ガラスを作成するためのスート-トゥ-ガラスプロセスは、例えば、2005年6月8日に出願され、現在は米国特許出願公開第2006/0137398号として公開されている、同時係属の、ともに譲渡された、名称を「屈折率一様性が高い石英ガラス及びその作成方法(HIGH REFRACTIVE INDEX HOMOGENEITY FUSED SILICA GLASS AND METHOD OF MAKING SAME)」とする、米国特許出願第11/148764号の明細書に説明されている。この明細書の該当部分は本明細書に参照として含まれる。 In step (A1), the particles are (A1.1) flame hydrated of at least one silicon-containing precursor compound (such as a silicon halide (eg SiCl 4 ) or an organosilicon compound), which can be a plasma assisted process. As an example of an organosilicon compound, octamethylcyclotetra can be provided by decomposition, or (A1.2) a soot dispenser, which can be a plasma assisted process, or (A1.3) other plasma assisted processes. Mention may be made of siloxane (OMCTS). In the present application, the particle-to-glass process with step (A1.1) is referred to as the “sout-to-glass” process. A soot-to-glass process for making conventional OD-free high purity quartz glass was filed, for example, on June 8, 2005 and is now published as US Patent Application Publication No. 2006/0137398. US Patent Application No. 11 /, a co-pending and co-assigned product with the name “HIGH REFRACTIVE INDEX HOMOGENEITY FUSED SILICA GLASS AND METHOD OF MAKING SAME” This is described in the specification of US Pat. The relevant portions of this specification are included herein by reference.

工程(A1.1)によって提供される粒子は、ODドープ粒子かまたは無ODドープ粒子とすることができる。D含有化合物が火炎加水分解プロセスに用いられる場合、提供される粒子は通常ODドープ粒子である。工程(A1.1)の火炎加水分解プロセスの雰囲気がDOを含有していれば、そのようにして提供される粒子は通常ODドープ粒子である。 The particles provided by step (A1.1) can be OD-doped particles or non-OD-doped particles. When D-containing compounds are used in the flame hydrolysis process, the provided particles are usually OD-doped particles. If the atmosphere of the flame hydrolysis process of step (A1.1) contains D 2 O, the particles so provided are usually OD-doped particles.

工程(A2)は、(A2.1)外付け法、(A2.2)内付け法、(A2.3)軸付け法、(A2.4)平面堆積法、等のような様々な方法で行うことができる。本発明のODドープ合成石英ガラスの作成に適合させることができる、通常の無ODドープシリカ含有ガラスを作成するためのこれらの方法を説明している文献は豊富にある。   Step (A2) can be performed by various methods such as (A2.1) external method, (A2.2) internal method, (A2.3) axial method, (A2.4) planar deposition method, etc. It can be carried out. There is a wealth of literature describing these methods for making conventional OD-free synthetic silica-containing glasses that can be adapted to make the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention.

工程(A)において、
(A(i))シリカを含有するゾル−ゲルを形成する工程、及び
(A(ii))ゾル−ゲルから粒子プリフォームを形成する工程、
を含む、ゾルゲルプロセスを粒子プリフォームを作成するために用いることができる。
In step (A),
(A (i)) a step of forming a sol-gel containing silica, and (A (ii)) a step of forming a particle preform from the sol-gel,
A sol-gel process can be used to create a particle preform.

工程(A(i))は、少なくとも1つのD含有化合物の存在の下で、または少なくとも1つのD含有化合物から、行うことができる。特に、工程(A(i))はDOの存在の下で行うことができる。例えば、液体DO内における(シロキサンのような)シリコン含有前駆化合物の加水分解によってゾル−ゲルを作成することができる。したがって、工程(A)において作成される粒子プリフォームはODドープシリカ粒子を有する。本発明のODドープ合成石英ガラスの作成に適合させることができる、ゾル−ゲルプロセスによるシリカからなる無ODドープガラスを作成するための方法を説明している文献は豊富にある。一般に、ゾル−ゲルプロセスは、シリカのゾル−ゲルを作成するための水性媒質内での(シラン、シロキサンまたはポリシロキサンのような)シリコン含有前駆化合物の加水分解の工程を含む。次いで、ゾルゲルを注型して生地にすることができ、生地は本出願明細書の意味において粒子プリフォームの形態である。生地はある程度乾燥されてから、以降の工程(B)〜(E)において処理される。 Step (A (i)) can be carried out in the presence of at least one D-containing compound or from at least one D-containing compound. In particular, step (A (i)) can be carried out in the presence of D 2 O. For example, a sol-gel can be made by hydrolysis of a silicon-containing precursor compound (such as siloxane) in liquid D 2 O. Accordingly, the particle preform created in step (A) has OD-doped silica particles. There is a wealth of literature describing methods for making silica-free OD-doped glasses made of silica by a sol-gel process that can be adapted to make the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention. In general, the sol-gel process involves the hydrolysis of a silicon-containing precursor compound (such as a silane, siloxane or polysiloxane) in an aqueous medium to make a silica sol-gel. The sol-gel can then be cast into a dough, which is in the form of a particle preform in the sense of the present application. The dough is dried to some extent and then processed in the following steps (B) to (E).

火炎加水分解及びゾル−ゲルプロセスによって作成された粒子プリフォームは、望ましくないほどの多量のOH及びODを含有し得る。ゾル−ゲルプロセスで作成された粒子プリフォームはかなりの量のHO及び/またはDOを含有することさえあり得る。H及び/またはDを含有する燃料(例えば、H,D,CH,CDH等)及び/またはH及び/またはDを含有する前駆化合物(例えばOMCTS)の燃焼をともなう上述の火炎加水分解法(IVD,OVD,VAD,PD)で作成された(一般にスートプリフォームと呼ばれる)粒子プリフォームは一般に、スート粒子内にOH基及びOD基を有する。多くの用途に対し、プリフォーム内のそのような量のOH及び/またはODは、意図される目的には望ましくないほど高いレベルのOH及び/またはODを固結ガラスにもたらすであろう。例えば、UV及び深UVリソグラフィ装置に用いられる光学部材に用いるための高純度石英ガラスには、総濃度が、500ppmより低く、いくつかの実施形態においては300ppmより低いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約150ppmより低いことが好ましく、いくつかの実施形態においては約50ppmより低いことが好ましい、OH及びODを含有するガラスのような、低OH/ODガラスが望ましいことが、発明者等には当然のことである。 Particle preforms made by flame hydrolysis and sol-gel processes can contain undesirably high amounts of OH and OD. Particle preforms made by the sol-gel process can even contain significant amounts of H 2 O and / or D 2 O. The above-mentioned flame hydrolysis with combustion of a fuel containing H and / or D (eg H 2 , D 2 , CH 4 , CDH 3 etc.) and / or a precursor compound containing H and / or D (eg OMCTS). Particle preforms (generally referred to as soot preforms) made by decomposition methods (IVD, OVD, VAD, PD) generally have OH groups and OD groups in the soot particles. For many applications, such amounts of OH and / or OD within the preform will result in a consolidated glass having an undesirably high level of OH and / or OD for the intended purpose. For example, for high purity quartz glass for use in optical components used in UV and deep UV lithographic apparatus, the total concentration is preferably less than 500 ppm, and in some embodiments less than 300 ppm, It is preferred that low OH / OD glasses, such as glasses containing OH and OD, are desirable, preferably in a form below about 150 ppm, and in some embodiments below about 50 ppm. Of course.

そのような、HO,DO,OH及び/またはODのレベルが望ましくないほど高い粒子プリフォームに対しては、必要に応じて追加のドーパントをドープする前及び固結させて緻密ガラスにする前に、OH及び/またはODの濃度を所望のレベルまで下げるために少なくとも乾燥させることが望ましい。固結ガラス内の最終のOH及び/またはODの濃度を制御するためには、粒子プリフォームのOH及び/またはODの総濃度が、重量で、約50ppmより低く、いくつかの実施形態においては好ましくは約10ppmより低く、いくつの別の実施形態においては好ましくは約1ppmより低く、いくつの別の実施形態においては好ましくは約0.01ppmより低くなるように、乾燥されることが多くの場合望ましい。粒子プリフォームが含有するOH及び/またはODの総濃度が重量で約1ppmより低い場合に、粒子プリフォームは本出願明細書の目的にとって実質的に乾燥していると見なされる。 For such particle preforms that have undesirably high levels of H 2 O, D 2 O, OH, and / or OD, the glass is compacted prior to and doped with additional dopants as needed. It is desirable to dry at least in order to reduce the concentration of OH and / or OD to the desired level before it is made. In order to control the final OH and / or OD concentration in the consolidated glass, the total OH and / or OD concentration of the particle preform is less than about 50 ppm by weight, in some embodiments It is often dried so that it is preferably less than about 10 ppm, in some other embodiments preferably less than about 1 ppm, and in some other embodiments preferably less than about 0.01 ppm. desirable. A particle preform is considered substantially dry for purposes of this application if the total concentration of OH and / or OD it contains is less than about 1 ppm by weight.

粒子プリフォーム内のHO,DO,OH及び/またはODを低減するため、He,Ar,N等を含むがこれらには限定されない、乾燥不活性ガスのような乾燥剤を、500℃より高く、いくつかの実施形態においては約800℃より高いような高温で用いることができる。CO,CO等も同様に乾燥剤として用いることができる。COはシリカ粒子と反応してガラスに欠陥を生じさせ得る。そのような欠陥は以下に説明されるように修復することができる。好ましい乾燥剤は、F,Cl,Br,ハロゲン化合物,CO,CO及びこれらの同等な混合気である。ハロゲン化合物は、HX,COX,SOX,CX及びSXから選ばれることが好ましく、XはF,Cl,Br及びこれらの組合せから選ばれる。最も好ましい乾燥剤は、COを含むかまたは含まない、Cl及びBr及びこれらの混合気である。 In order to reduce H 2 O, D 2 O, OH and / or OD in the particle preform, a desiccant such as a dry inert gas, including but not limited to He, Ar, N 2, etc. It can be used at high temperatures above 500 ° C, and in some embodiments above about 800 ° C. Similarly, CO, CO 2 and the like can be used as a desiccant. CO can react with the silica particles to cause defects in the glass. Such defects can be repaired as described below. Preferred desiccants, F 2, Cl 2, Br 2, halogen compounds, CO, a CO 2 and their equivalent mixture. The halogen compound is preferably selected from HX, COX 2 , SOX 2 , CX 4 and SX 6 where X is selected from F, Cl, Br and combinations thereof. The most preferred desiccants are Cl 2 and Br 2 and mixtures thereof with or without CO.

工程(A)で提供されるような粒子プリフォームは汚染物、特に有害な金属イオンを、許容できないほど多量に含有し得る。これは、ゾル−ゲルプロセスが粒子プリフォームの作成に用いられた場合に特にあてはまる。ゾル−ゲルプロセスで作成された粒子プリフォームは一般に、深UVスペクトル及び真空UVスペクトルにおけるガラスの光学性能に有害な、Fe,Na等を高レベルで含有する。ガラスが固結されて汚染物が固結ガラスに組み込まれてしまうと、汚染物の除去は困難になる。したがって、必要であれば、プリフォームの固結の前に汚染物の濃度が所望のレベルまで下がるように、固結前に粒子プリフォームを純化にかけることが極めて望ましい。   The particle preform as provided in step (A) may contain unacceptably large amounts of contaminants, particularly harmful metal ions. This is especially true when the sol-gel process is used to make a particle preform. Particle preforms made by the sol-gel process generally contain high levels of Fe, Na, etc. that are detrimental to the optical performance of the glass in the deep and vacuum UV spectra. If the glass is consolidated and contaminants are incorporated into the consolidated glass, removal of the contaminants becomes difficult. Therefore, if necessary, it is highly desirable to purify the particle preform prior to consolidation so that the concentration of contaminants is reduced to the desired level prior to consolidation of the preform.

粒子プリフォームからHO,DO,OD及び/またはOHを除去するための乾燥剤の多くは汚染物除去機能も有する。そのような乾燥剤は、乾燥プロセスに用いられるときに、同時に粒子プリフォームを純化するためにはたらくことができる。したがって、有利なことには乾燥及び純化を同時に行うことができる。あるいは、望ましければ、これらの2つの異なる機能を達成するために相異なる作用物質を用いることができる。好ましい純化剤にはCl,F,Br,ハロゲン含有化合物,CO,CO等及びこれらの混合気及び組合せがあるが、これらには限定されない。ハロゲン含有化合物はHX,COX,SOX,CX及びSX等とすることができ、XはF,Cl,Br及びこれらの組合せから選ばれる。最も好ましい乾燥剤は、COを含むかまたは含まない、Cl及びBr及びこれらの同等の混合気である。 Many of the desiccants for removing H 2 O, D 2 O, OD and / or OH from the particle preform also have a contaminant removal function. Such desiccants, when used in the drying process, can simultaneously serve to purify the particle preform. Thus, advantageously, drying and purification can be performed simultaneously. Alternatively, different agents can be used to achieve these two different functions, if desired. Cl 2 Preferred purification agents, F 2, Br 2, halogen-containing compounds, CO, CO 2, etc., and it is these air-fuel mixture and combination, but not limited to. The halogen-containing compound can be HX, COX 2 , SOX 2 , CX 4 and SX 6 and the like, and X is selected from F, Cl, Br and combinations thereof. The most preferred desiccants are Cl 2 and Br 2 and their equivalent mixtures with or without CO.

粒子プリフォームは、工程(D)における固化の前に、工程(C)においてさらにドープすることができる。固結ガラスへのドーパントのドーピングは困難であるが、粒子プリフォームのドーピングは制御されて態様で行い得ることも、一般にわかっている。よって、乾燥/純化工程(B)の有無にかかわらず、OD,OH,F,Cl等のようなドーパントを粒子プリフォームにさらにドープすることができる。ドーピング過程を促進するには、500℃より高く、いくつかの実施形態においては800℃より高いような、高温におけるドーピングが望ましい。ドーピング温度、ドーピング雰囲気内のドーパントの濃度及びドーピング時間を制御することにより、粒子プリフォーム内の所望のドーパントの最終濃度、したがって最終固結ガラス内の所望のドーパントの濃度を制御することができる。粒子プリフォームにFをドープするためには、HF,DF,COF,SOF,CF及びSFのようなF含有化合物を用いることができる。したがって、乾燥及び/または純化工程(B)中に、Fのドーピングを行うことができる。粒子プリフォームにClをドープするためには、Cl及び、HCl,COCl,SOCl及びCClのような、Cl含有化合物を用いることができる。したがって、乾燥及び/または純化工程(B)中に、Clのドーピングを行うことができる。すなわち、工程(B)及び(C)は少なくともある程度同時に行うことができる。 The particle preform can be further doped in step (C) prior to solidification in step (D). Although it is difficult to dope the consolidated glass with dopants, it is also generally known that the doping of the particle preform can be performed in a controlled manner. Thus, a dopant such as OD, OH, F, Cl, etc. can be further doped into the particle preform with or without the drying / purification step (B). To facilitate the doping process, doping at high temperatures, such as above 500 ° C. and in some embodiments above 800 ° C., is desirable. By controlling the doping temperature, the concentration of the dopant in the doping atmosphere and the doping time, the final concentration of the desired dopant in the particle preform and thus the concentration of the desired dopant in the final consolidated glass can be controlled. In order to dope the particle preform with F, F-containing compounds such as HF, DF, COF 2 , SOF 2 , CF 4 and SF 6 can be used. Therefore, F can be doped during the drying and / or purification step (B). In order to dope the particle preform with Cl, Cl 2 and Cl-containing compounds such as HCl, COCl 2 , SOCl 2 and CCl 4 can be used. Therefore, Cl can be doped during the drying and / or purification step (B). That is, steps (B) and (C) can be performed at least to some extent simultaneously.

本発明の目的には、上述したように、多くの用途に対して固結ガラス内のOH及び/またはODの濃度を制御することが極めて望ましい。これは望ましくは工程(B)及び/または(C)においてなされ得る。例えば、工程(B)において、実質的にOH及び/またはODが存在しないレベルまで粒子プリフォームを乾燥及び純化することができる。続いて、工程(C)において、最終固結ODドープガラスが所望のOD及び/またはOHの濃度を有するように、乾燥された粒子プリフォームに制御可能な態様でOH及び/またはODが所望のレベルまでドープされる。ドーピングは、500℃より高く、いくつかの実施形態においては800℃より高いような、高温で実施されることが望ましい。適切なドーピング時間、ドーピング温度、ドーピング雰囲気内のドーパントの濃度を選ぶことにより、固結ガラス内の、OD及び/またはOH、及びその他のドーパント、の最終濃度を制御できるだけでなく、それらの一様な分布を達成することもできる。粒子プリフォームにOD及び/またはOHをドープするために、OD含有化合物及び/またはOH含有化合物をドーピン不雰囲気において様々な分圧で用いることができる。例えば、粒子プリフォームにODをドープするため、ドーピング雰囲気は、D,HD,DO,CHOD,COD,CHCOOD及びその他のOD含有化合物を含有することができる。ドーピング雰囲気にD及び/またはHDが存在する場合に、D及び/またはHDはSiOガラスと反応して、ガラス内にSi-OD及び/またはSi-OHを生成することができる。粒子プリフォームにOHをドープするため、ドーピング雰囲気は、H,HD,HO,CHOH,COH,CHCOOH及びその他のOH含有化合物を含有することができる。同様に、ドーピング雰囲気にH及び/またはHDが存在する場合に、D及び/またはHDはSiOガラスと反応して、ガラス内にSi-OH及び/またはSi-ODを生成することができる。水素ガス(D,DH及び/またはH)とSiOの間の反応が石英ガラスに酸素欠乏サイトの形成をおこさせ得ることが知られている。したがって、以下に説明されるように、ドーピング雰囲気内のドーピング剤として水素ガスが用いられる場合には、欠陥を修復するため、粒子プリフォームを固結して緻密ガラスにする前に、またはその間に、粒子プリフォームを酸化性雰囲気内で処理することが望ましい。ドーピング雰囲気内のドーピング剤としてDO及び/またはHOが用いられる場合には、DO及び/またはHOは、ドーピング環境に入るときにDO及び/またはHOとして供給することができ、あるいは、例えば環境内に別々に供給されるD/HとOの間の反応によって、その場で形成することができる。最終固結ガラスにおいて所望の[OD]/[OH]比を達成するため、ドーピング工程(C)において、所望の分圧を有するOD含有化合物及びOH含有化合物を含有するようにドーピング雰囲気を調節することができる。粒子プリフォームに対して最も好ましいODドーピング剤はDOである。同位元素純度がモルで99.9%より高いDOが市販されている。粒子プリフォームに対して最も好ましいOHドーピング剤はHOである。実質的に乾燥しているプリフォープにドープする場合、最終ガラスにおいて所望のOD及びOHの濃度を得るに望ましいDO分圧及びHO分圧を有するようにドーピング雰囲気を調節することができる。OHをあるレベルで含有する粒子プリフォームにODをドープする場合、OD含有化合物、例えばDO、のような、D含有化合物を含有するドーピング雰囲気内で、粒子プリフォーム内の所望の量のOHがODで交換されるように、十分な時間をかけて処理することができる。ドーピング雰囲気内のOD含有化合物とOH含有化合物の分圧比、ドーピング温度及びドーピング時間を制御することによって、この態様でも[OD]及び[OH]が所望のレベルのガラスを得ることができる。粒子プリフォームが工程(C)以前にある量のODを含有しており、工程(C)において、最終ガラスにおける所望のOD及びOHの濃度を達成するためだけにOHがドープされるかまたはOHで交換されることも、本発明の範囲内にある。約0.02より高く、いくつかの実施形態においては約0.05より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.1より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.3より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.5より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.9より高く、いくつかの別の実施形態においては約0.95より高い、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比を達成することができる。 For the purposes of the present invention, as described above, it is highly desirable to control the concentration of OH and / or OD in the consolidated glass for many applications. This can desirably be done in steps (B) and / or (C). For example, in step (B), the particle preform can be dried and purified to a level substantially free of OH and / or OD. Subsequently, in step (C), the OH and / or OD is desired in a controllable manner in the dried particle preform such that the final consolidated OD-doped glass has the desired OD and / or OH concentration. Doped to level. It is desirable that the doping be performed at an elevated temperature, such as higher than 500 ° C. and in some embodiments higher than 800 ° C. By choosing the appropriate doping time, doping temperature, and concentration of dopant in the doping atmosphere, not only can the final concentration of OD and / or OH, and other dopants in the consolidated glass be controlled, but also their uniformity. A good distribution can be achieved. In order to dope the particle preform with OD and / or OH, the OD-containing compound and / or OH-containing compound can be used at various partial pressures in the dopin atmosphere. For example, to dope the OD particle preform doping atmosphere may contain D 2, HD, D 2 O , CH 3 OD, C 2 H 5 OD, CH 3 COOD and other OD-containing compound . When the D 2 and / or HD are present in the doping atmosphere, D 2 and / or HD may react with SiO 2 glass, to produce a Si-OD and / or Si-OH in the glass. For doping the OH particle preform doping atmosphere may contain H 2, HD, H 2 O , CH 3 OH, C 2 H 5 OH, CH 3 COOH and other OH-containing compounds. Similarly, when H 2 and / or HD is present in the doping atmosphere, D 2 and / or HD may react with the SiO 2 glass to produce Si—OH and / or Si—OD in the glass. it can. It is known that the reaction between hydrogen gas (D 2 , DH and / or H 2 ) and SiO 2 can cause quartz glass to form oxygen deficient sites. Therefore, as described below, when hydrogen gas is used as a doping agent in the doping atmosphere, before or during the consolidation of the particle preform into a dense glass to repair the defects. It is desirable to treat the particle preform in an oxidizing atmosphere. When the D 2 O and / or H 2 O is used as a doping agent in the doping atmosphere, D 2 O and / or H 2 O as D 2 O and / or H 2 O upon entering doping environment Or can be formed in situ, for example by reaction between D 2 / H 2 and O 2 supplied separately into the environment. In order to achieve the desired [OD] / [OH] ratio in the final consolidated glass, the doping atmosphere is adjusted in the doping step (C) so as to contain an OD-containing compound and an OH-containing compound having a desired partial pressure. be able to. The most preferred OD doping agent for the particle preform is D 2 O. D 2 O with an isotope purity of greater than 99.9% by mole is commercially available. The most preferred OH doping agent for the particle preform is H 2 O. When doping a substantially dry pre-form, the doping atmosphere can be adjusted to have the desired D 2 O and H 2 O partial pressures to obtain the desired OD and OH concentrations in the final glass. . When doping a particle preform containing a certain level of OH with OD, a desired amount in the particle preform can be obtained in a doping atmosphere containing a D-containing compound, such as an OD-containing compound, eg, D 2 O. It can be processed for a sufficient amount of time so that OH is exchanged at OD. By controlling the partial pressure ratio between the OD-containing compound and the OH-containing compound in the doping atmosphere, the doping temperature and the doping time, a glass having a desired level of [OD] and [OH] can be obtained also in this embodiment. The particle preform contains an amount of OD prior to step (C), and in step (C) it is doped with OH or OH only to achieve the desired OD and OH concentration in the final glass. Are also within the scope of the present invention. Higher than about 0.02, in some embodiments higher than about 0.05, in some other embodiments higher than about 0.1, and in some other embodiments about 0.3 Higher, in some other embodiments, greater than about 0.5, in some other embodiments, greater than about 0.9, and in some other embodiments, greater than about 0.95. , N (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio can be achieved.

ドーピング雰囲気は、ドーピング化合物に加えて、O及び不活性ガスを含有することができる。OH及びODのドーピングは通常、約500℃より高く、いくつかの実施形態においては約800℃より高いような、高温で行われるから、H,D,HD,O,HO及びDOは一般に、化学平衡及び動的因子によって決定される量で存在する。工程(B)及び/または(C)は、炭化水素、D含有炭化水素等のような、H及びDとは別の還元性ガスの存在の下で行うことができる。 The doping atmosphere can contain O 2 and an inert gas in addition to the doping compound. Since doping of OH and OD is typically performed at high temperatures, such as higher than about 500 ° C., and in some embodiments, higher than about 800 ° C., H 2 , D 2 , HD, O 2 , H 2 O and D 2 O is generally present in an amount determined by chemical equilibrium and kinetic factors. Steps (B) and / or (C) can be performed in the presence of a reducing gas other than H 2 and D 2 , such as hydrocarbons, D-containing hydrocarbons, and the like.

シリカを有する粒子プリフォームが工程(B)及び/または(C)におけるように高温において還元性雰囲気内で処理されると、ガラス内に酸素欠乏欠陥が発生し得ることが知られている。そのような欠陥は、約248nm及び193nmのような、深UV及び真空UVにおける透過特性に特に有害である。したがって、工程(B)及び(C)の後に、工程(C(A))において粒子プリフォームを酸化性雰囲気内で処理することが極めて望ましい。酸化性雰囲気内の酸化剤は、例えば、O,O,DO,HO等とすることができる。 It is known that when a particle preform having silica is treated in a reducing atmosphere at a high temperature as in steps (B) and / or (C), oxygen deficiency defects can occur in the glass. Such defects are particularly detrimental to transmission properties in deep UV and vacuum UV, such as about 248 nm and 193 nm. Therefore, it is highly desirable to treat the particle preform in an oxidizing atmosphere in step (C (A)) after steps (B) and (C). The oxidizing agent in the oxidizing atmosphere can be, for example, O 2 , O 3 , D 2 O, H 2 O, or the like.

本発明のプロセスの工程(D)において、粒子プリフォームは固結されて緻密石英ガラスになる。工程(C)及び(D)は、粒子プリフォームが固結されて緻密ガラスになる間に少なくともある程度のドーピングが行われるという意味で、少なくともある程度同時に行うことができる。上述した工程(C(A))及び工程(D)は、工程(D)の少なくとも一部において、ガラス内の酸素欠乏欠陥の少なくともある程度が酸化されて修復されるという意味で、少なくともある程度同時に行うことができる。工程(D)において、粒子プリフォームは、粒子が焼結されて緻密ガラスになる、1000℃より高いことが望ましく、いくつかの実施形態においては1200℃より高く、いくつかの実施形態においては約1400℃より高い、高温まで加熱される。固結工程(D)中の昇温速度は、OH,OD,F等のようなドーパントの一様な分布が達成されるような態様で、制御することができる。工程(D)は、He,Ar,N等のような不活性ガスを含有する固結雰囲気内で行うことができる。固結雰囲気はさらにO及び/またはDO及び/またはHOを所望のレベルで含有することができる。O,DO及び/またはHOはガラス内の酸素欠乏サイトを酸化して修復するためにはたらくことができる。高[OD]ガラスが望まれる場合は、固結雰囲気はHO及びHDOを実質的に含有しない雰囲気とすることができる。固結雰囲気はさらにH,D,HD等を含有することができる。しかし、上述したように、高温におけるそのような還元性ガスの石英ガラスとの反応はガラス内の欠陥の形成をもたらし得る。[OH]及び/または[OD]が高いガラスは、H,HD及び/またはDを含有する雰囲気のような、還元性雰囲気において高温で処理されると、[OH]及び[OD]が低いガラスよりも欠陥が少なくなる傾向をもつと発明者等は考えている。 In step (D) of the process of the present invention, the particle preform is consolidated into a dense quartz glass. Steps (C) and (D) can be performed simultaneously at least to some extent in the sense that at least some doping is performed while the particle preform is consolidated into a dense glass. Step (C (A)) and step (D) described above are performed at least to some extent simultaneously in the sense that at least some of the oxygen deficiency defects in the glass are oxidized and repaired in at least part of step (D). be able to. In step (D), the particle preform is desirably higher than 1000 ° C., in some embodiments higher than 1200 ° C., in which the particles are sintered into a dense glass, in some embodiments about Heated to a high temperature above 1400 ° C. The heating rate during the consolidation step (D) can be controlled in such a manner that a uniform distribution of dopants such as OH, OD, F, etc. is achieved. Step (D) can be performed in a consolidated atmosphere containing an inert gas such as He, Ar, N 2 or the like. The consolidation atmosphere may further contain O 2 and / or D 2 O and / or H 2 O at a desired level. O 2 , D 2 O and / or H 2 O can work to oxidize and repair oxygen deficient sites in the glass. If high [OD] glass is desired, the consolidation atmosphere can be an atmosphere that is substantially free of H 2 O and HDO. The consolidation atmosphere can further contain H 2 , D 2 , HD, and the like. However, as mentioned above, the reaction of such reducing gases with quartz glass at high temperatures can result in the formation of defects in the glass. A glass with a high [OH] and / or [OD], when treated at a high temperature in a reducing atmosphere, such as an atmosphere containing H 2 , HD and / or D 2 , the [OH] and [OD] The inventors believe that they tend to have fewer defects than low glass.

本発明のこのプロセスの工程(E)は、H,HD及び/またはD分子を含有する水素ドーピング雰囲気による固結ガラスへの水素ドーピング工程を含む。水素ドーピング雰囲気は、水素添加温度が、約500℃より低いような、比較的低温の場合は特に、ODが高パーセンテージでドープされたガラスに対してさえも、D及びHDを実質的に含有しない雰囲気とすることができる。いくつかの実施形態において、ODが高パーセンテージでドープされたガラスに対しては、水素ドーピング温度が500℃より高い場合に、水素ドーピング雰囲気はHD及びHを実質的に含有していない雰囲気であることが望ましい。いずれにせよ、約500℃より低温において石英ガラスに添加する場合、HまたはDの添加はガラスの[OH]及び[OD]を認められるほどには変えないことがわかった。水素ドーピングは、有利なことには、約600℃より低温(冷添加)で行うかまたは、過程を促進するために、約600℃より高温(熱添加)で行うことができる。しかし、水素ドーピングは通常は1000℃より低温で行われる。拡散の法則により、ガラス内の同じ添加水素レベルに達するには、冷添加の方が、時間が長くかかる傾向がある。いずれにせよ、ある種の石英ガラスの作成、深UV及び真空UVリソグラフィ装置における屈折レンズ素子に用いるための、比較的含有水分が少ない(例えば、[OD]+[OH]<100ppmの)石英ガラスの作成では特に、冷添加が、固結ガラスに発生する欠陥が少なくなる傾向があるから、好ましい。 Step (E) of this process of the present invention includes a hydrogen doping step on the consolidated glass with a hydrogen doping atmosphere containing H 2 , HD and / or D 2 molecules. The hydrogen doping atmosphere contains substantially D 2 and HD, even for glasses doped with a high percentage of OD, especially when the hydrogenation temperature is relatively low, such as below about 500 ° C. The atmosphere can not be. In some embodiments, for glasses doped with a high percentage of OD, when the hydrogen doping temperature is greater than 500 ° C., the hydrogen doping atmosphere is an atmosphere that is substantially free of HD and H 2. It is desirable to be. In any case, when added to quartz glass at temperatures below about 500 ° C., it has been found that the addition of H 2 or D 2 does not appreciably change the [OH] and [OD] of the glass. Hydrogen doping can advantageously be performed at temperatures below about 600 ° C. (cold addition) or at temperatures above about 600 ° C. (thermal addition) to facilitate the process. However, hydrogen doping is usually performed at a temperature lower than 1000 ° C. Due to the law of diffusion, cold addition tends to take longer to reach the same added hydrogen level in the glass. In any case, quartz glass with relatively low water content (eg, [OD] + [OH] <100 ppm) for use in the production of certain types of quartz glass and refractive lens elements in deep UV and vacuum UV lithography equipment. Particularly, in the preparation of (2), cold addition is preferable because defects generated in the consolidated glass tend to be reduced.

上述したように、同時係属の、ともに譲渡された、(2005年9月30日に出願され、現在は米国特許出願公開第2006/0137399A1号として公開されている、名称を「低偏光誘起複屈折を有する合成シリカ、その作成方法及びそれを備えるリソグラフィ装置(SYNTHETIC SILICA HAVING LOW POLARIZATION-INDUCED BIREFRIGENCE, METHOD OF MAKING SAME AND LITHOGRAPHIC DEVICE COMPRISING SAME)」とし、その該当部分が本明細書に参照として含まれる)米国特許出願第11/241075号の明細書には、無ODドープ石英ガラスの偏光誘起複屈折は[OH]が高くなるほど悪化する傾向があることを述べている。この特許出願明細書には、偏光誘起複屈折の大きさがOHドープ石英ガラスの[OH]にほぼ比例することも述べられている。したがって、無ODドープ合成石英ガラスについて、偏光誘起複屈折性能が許容できるためには、一般に、500ppmより低く、いくつかの実施形態においては160ppmより低いことが好ましく、いくつかの別の実施形態においては50ppmより低い、[OH]を有することが好ましい。しかし、全く思いがけない態様で、発明者等は、ODドープ石英ガラス、特に実質的に無OHの石英ガラスが、[OH]が同等の無ODドープ石英ガラスに比較してかなり小さい偏光誘起複屈折値を有する傾向があることを見いだした。OHを実質的に含有していないいくつかのODドープガラス試料において、約200μJ・cm−2・パルス−1の193nm直線偏光エキシマーレーザのパルスに80億(8×10)パルスをかけた後であっても、偏光誘起複屈折は実質的にゼロであることが見いだされた。したがって、発明者等は、本発明のODドープ高純度合成石英ガラス、特にOHを実質的に欠いているODドープ高純度合成石英ガラスは、1000ppmまでないし1000ppmをこえる高[OD]を有していても、極めて小さい偏光誘起複屈折を示すであろうと考えている。 As mentioned above, co-pending and co-assigned (filed on September 30, 2005 and now published as US Patent Application Publication No. 2006/0137399 A1, named “Low Polarization Induced Birefringence”). Synthetic Silica, a Method for Producing the Same, and a Lithographic Apparatus Comprising the Method (SYNTHETIC SILICA HAVING LOW POLARIZATION-INDUCED BIREFRIGENCE) The specification of US patent application Ser. No. 11 / 24,075 states that the polarization-induced birefringence of non-OD doped quartz glass tends to get worse as [OH] increases. This patent application also states that the magnitude of polarization-induced birefringence is approximately proportional to [OH] of OH-doped quartz glass. Thus, for OD-free synthetic quartz glass, it is generally preferred that it be lower than 500 ppm, in some embodiments lower than 160 ppm, in some other embodiments, to allow polarization-induced birefringence performance to be acceptable. Preferably has [OH] lower than 50 ppm. However, in a totally unexpected manner, the inventors have found that OD-doped quartz glass, in particular quartz glass substantially free of OH, has a significantly smaller polarization-induced birefringence than OD-free fused silica glass with equivalent [OH]. Found a tendency to have a value. After applying 8 billion (8 × 10 9 ) pulses to a 193 nm linearly polarized excimer laser pulse of about 200 μJ · cm −2 · pulse- 1 in some OD doped glass samples that are substantially free of OH Even so, the polarization-induced birefringence was found to be substantially zero. Accordingly, the inventors have found that the OD-doped high-purity synthetic quartz glass of the present invention, particularly the OD-doped high-purity synthetic quartz glass substantially lacking OH, has a high [OD] up to 1000 ppm or more than 1000 ppm. However, we believe that it will exhibit very little polarization-induced birefringence.

別の、同時係属の、ともに譲渡された、(2005年10月26日に出願され、名称を「低フルーエンス依存透過率を有する合成シリカ及びその作成方法(SYNTHETIC SILICA WITH LOW FLUENCE-DEPENDENT-TRANSMISSION AND METHOD OF MAKING SAME)」とし、その該当部分が本明細書に参照として含まれる)米国特許出願第11/261005号の明細書において、無ODドープ高純度合成石英ガラスに対し、フルーエンス依存透過率(FDT)及びLIWFDの観点から、[OH]≦160ppmの無ODドープ石英ガラスについて、好ましくは、H添加が約600℃より低温で行われるべきであることが見いだされている。[OH]≦160ppmであるような無ODドープ石英ガラスにおいて、熱添加はFDT及びLIWFDを悪化させ得ることが示されている。ただし、[OH]≧500ppmであるOHドープ石英ガラスについては、熱添加がFDT及びLIWFD性能を冷添加よりも大きく変えることはないことも示されている。 Another, co-pending, co-assigned (filed on October 26, 2005, named “Synthetic Silica with Low Fluence Dependent Transmittance and Method for Making It (SYNTHETIC SILICA WITH LOW FLUENCE-DEPENDENT-TRANSMISSION AND METHOD OF MAKING SAME), the relevant part of which is incorporated herein by reference), in the specification of US patent application Ser. No. 11 / 261,005, for OD-free high purity synthetic quartz glass, From the viewpoint of FDT) and LIWFD, it has been found that for non-OD doped quartz glass with [OH] ≦ 160 ppm, preferably H 2 addition should be performed below about 600 ° C. It has been shown that heat addition can exacerbate FDT and LIWFD in non-OD doped quartz glass where [OH] ≦ 160 ppm. However, it has also been shown that for OH-doped quartz glass with [OH] ≧ 500 ppm, hot addition does not change FDT and LIWFD performance much more than cold addition.

したがって、発明者等は、本発明のODドープ合成石英ガラス、特に、[OD]が1000ppmまでないしこれを上回っていても、実質的に[OH]を含有しないODドープ合成石英ガラスは、水素を熱添加して、許容できる偏光誘起複屈折性能を有し、FDT及びLIWFD特性が悪化しない、ガラスを得ることができると考えている。したがって、高[OD]石英ガラス、少なくとも、実質的に無OHの石英ガラスは、[OH]が同等の無ODドープ石英ガラスは用いることができない用途に、使用可能であり得る。そのような高[OD]ガラスは、一般に冷添加が必要である、無ODドープ、低[OH]ガラスに比較して、熱添加が可能であるから、かなり高い効率及び速度で作成することができる。   Accordingly, the inventors have found that the OD-doped synthetic quartz glass of the present invention, in particular, the OD-doped synthetic quartz glass containing substantially no [OH] even when [OD] is up to or exceeding 1000 ppm, It is believed that glass can be obtained with heat addition that has acceptable polarization-induced birefringence performance and does not degrade FDT and LIWFD characteristics. Therefore, a high [OD] quartz glass, at least a substantially OH-free quartz glass, may be usable in applications where an [OH] equivalent non-OD doped quartz glass cannot be used. Such high [OD] glass can be made with much higher efficiency and speed because it can be hot-added compared to OD-free, low [OH] glass, which generally requires cold addition. it can.

本発明のODドープ合成石英ガラスを作成する別の方法は、
(a)複数のODドープシリカ含有粒子を提供する工程、及び
(b)透明ガラスを得るために高温で粒子を溶融する工程、
を含む。
Another method of making the OD doped synthetic quartz glass of the present invention is:
(A) providing a plurality of OD-doped silica-containing particles, and (b) melting the particles at a high temperature to obtain transparent glass,
including.

このプロセスの工程(a)は、
(a1)複数のシリカ含有粒子を生成する工程、
(a2)必要に応じて、粒子を純化及び/または乾燥する工程、
(a3)必要に応じて、D含有化合物少なくとも1つ含有する雰囲気内で粒子にドーピングする工程、及び
(a4)必要に応じて、粒子内の酸素欠乏サイトを少なくともある程度修復するための酸化性雰囲気内で粒子を処理する工程、
を含み、
工程(a1),(a2),(a3)及び(a4)の内の少なくとも1つにおいて、OD成分が粒子に導入される。
Step (a) of this process is:
(A1) producing a plurality of silica-containing particles;
(A2) a step of purifying and / or drying the particles as necessary,
(A3) a step of doping the particles in an atmosphere containing at least one D-containing compound, if necessary, and (a4) an oxidizing atmosphere for repairing at least some of the oxygen-deficient sites in the particles, if necessary Processing the particles within,
Including
In at least one of steps (a1), (a2), (a3) and (a4), an OD component is introduced into the particles.

工程(a1)において、シリカ含有粒子は、ガラスを形成するために粒子プリフォームが、最終的に、溶融される代りに固結されるパーティクル-トゥ-ガラスプロセスに関連して上述したように、火炎加水分解プロセスまたはゾル−ゲルプロセスによって生成することができる。   In step (a1), the silica-containing particles are formed as described above in connection with the particle-to-glass process where the particle preform is finally consolidated instead of being melted to form glass. It can be produced by a flame hydrolysis process or a sol-gel process.

工程(a2)において、純化及び/乾燥は、ガラスを形成するために粒子プリフォームが、最終的に、溶融される代りに固結されるパーティクル-トゥ-ガラスプロセスに関連して上述したように、必要に応じて変更を加えて、行うことができる。高純度出発材料及びスート(及び対応する固結ガラス)を作成するため及び/または、微量金属を除去するために、例えばClまたはCl+COで、スート(及びスートを固結するために用いられる装置)を純化するための装置によって、低金属不純物レベルを得ることができる。 In step (a2), the purification and / or drying is as described above in connection with the particle-to-glass process where the particle preform is finally consolidated instead of being melted to form glass. You can make changes as needed. Used to consolidate soot (and soot, for example with Cl 2 or Cl 2 + CO, to make high purity starting materials and soot (and corresponding consolidated glass) and / or to remove trace metals A low metal impurity level can be obtained by means of a device for purifying the device.

工程(a3)において、ドーピングは、ガラスを形成するために粒子プリフォームが、最終的に、溶融される代りに固結されるパーティクル-トゥ-ガラスプロセスに関連して上述したように、必要に応じて変更を加えて、行うことができる。   In step (a3), doping is necessary as described above in connection with the particle-to-glass process where the particle preform is finally consolidated instead of being melted to form glass. Changes can be made accordingly.

工程(a4)において、処理は、ガラスを形成するために粒子プリフォームが、最終的に、溶融される代りに固結されるパーティクル-トゥ-ガラスプロセスに関連して上述したように、必要に応じて変更を加えて、行うことができる。   In step (a4), processing is required as described above in connection with the particle-to-glass process where the particle preform is finally consolidated instead of being melted to form glass. Changes can be made accordingly.

工程(b)において、ガラスは、1500℃より高く、いくつかの実施形態においては約1800℃より高く、いくつかの実施形態においては約2000℃であるような、ガラスが溶解する温度に加熱される。溶融ガラスは、最終ガラスにおいて一様性の高い組成及び特性を得るために、溶融時にさらに均質化することができる。均質化が行われる場合、溶融されるガラス粒子は実質的に同じ組成を有するか、または相異なる組成を有することができる。例えば、粒子は[OH]及び[OD]が相異なる粒子の混和物とすることができる。均質化すれば、得られる最終ガラスは一様な[OH]及び/または[OD]を有する。   In step (b), the glass is heated to a temperature at which the glass melts, such as above 1500 ° C., in some embodiments above about 1800 ° C., and in some embodiments about 2000 ° C. The The molten glass can be further homogenized upon melting in order to obtain a highly uniform composition and properties in the final glass. When homogenization takes place, the glass particles to be melted can have substantially the same composition or have different compositions. For example, the particles can be a blend of particles having different [OH] and [OD]. If homogenized, the final glass obtained has a uniform [OH] and / or [OD].

同様に固結ガラスの均質化も行うことができる。すなわち、本発明の固結ODドープ合成石英ガラスまたはその混合物は、作成方法にかかわらず、ガラスが溶融し、均質化して、一様な組成及び特性を有するガラスを形成する、約1500℃より高く、いくつかの実施形態においては約1800℃より高いような、高温に加熱することができる。   Similarly, the homogenized glass can be homogenized. That is, the consolidated OD-doped synthetic quartz glass of the present invention or a mixture thereof is higher than about 1500 ° C., regardless of the method of preparation, where the glass melts and homogenizes to form a glass having a uniform composition and properties. In some embodiments, it can be heated to an elevated temperature, such as above about 1800 ° C.

均質化に際して、最終の、冷却された、固結ガラスは、ガラスを形成するために粒子プリフォームが、最終的に、溶融される代りに固結されるパーティクル-トゥ-ガラスプロセスに関連して上述したように、必要に応じて変更を加えて、水素分子をさらにドープすることができる。   Upon homogenization, the final, cooled, consolidated glass is related to a particle-to-glass process where the particle preform is consolidated instead of being finally melted to form the glass. As described above, hydrogen molecules can be further doped with modifications as needed.

OH及び/またはODを含有する、固結された、緻密石英ガラスを、緻密ガラスにおいて所望のレベルのn(OD)/(n(OD)+n(OH))比を達成するために、例えば600℃より高く、いくつかの実施形態においては約800℃より高く、いくつかの実施形態においては1000℃もの高さの、高温において、H,D及び/またはHDを含有する雰囲気内でH/D交換を行うことによって、本発明のODドープ石英ガラス材料を作成することが可能である。緻密ガラスは、ダイレクト-トゥ-ガラスプロセスで作成することができ、あるいは上述したスート-トゥ-ガラスプロセスまたはゾルゲルプロセスで作成することができる。(例えば、重量で約1000ppmのOHを含有し、ODは実質的に含有しない、米国ニューヨーク州コーニング(Corning)のコーニング社(Corning Incorporated)で製造された、Corning HPFS(登録商標)ガラス製品コード7980(商標)が代表的な)無D含有材料から出発して無D含有環境における従来のダイレクト-トゥ-ガラスプロセスで作成されたOHドープガラスのような、実質的にODを含有していない緻密ガラスに対して、約900℃のような高温で十分な時間をかけてガラスにD添加を行うことによって、n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が様々なODドープガラスを作成することができる。n(OD)/(n(OD)+n(OH))比が0.5より高く、いくつかの実施形態においては約0.8より高く、いくつかの実施形態においては約0.9より高いような、[OH]が極めて低いガラスを成功裏に作成することができる。 In order to achieve a desired level of n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio in a dense glass, consolidated, dense quartz glass containing OH and / or OD, for example 600 Higher in an atmosphere containing H 2 , D 2 and / or HD at higher temperatures, higher than 0 C, in some embodiments higher than about 800 0 C, and in some embodiments as high as 1000 0 C. By performing the / D exchange, it is possible to create the OD-doped quartz glass material of the present invention. The dense glass can be made by a direct-to-glass process or by the soot-to-glass process or sol-gel process described above. (For example, Corning HPFS® glass product code 7980 manufactured by Corning Incorporated, Corning, NY, containing approximately 1000 ppm OH by weight and substantially free of OD. A dense material substantially free of OD, such as OH-doped glass made with a conventional direct-to-glass process in a D-free environment starting from a D-free material (typically (trademark)) By adding D 2 to glass over a sufficient time at a high temperature such as about 900 ° C., OD dope with various n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratios. Glass can be created. n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratio is greater than 0.5, in some embodiments greater than about 0.8, and in some embodiments greater than about 0.9. Such a glass with a very low [OH] can be successfully produced.

本発明の合成石英ガラス材料はさらに処理して、約248nm,193nmないしさらに短波長のような、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いるための光学部材にすることができる。本光学部材は様々な幾何学的形状及び寸法をとることができる。本光学部材は低フルーエンス照射光路及び高フルーエンス照射光路に用いることができる。したがって、本発明の石英ガラスに基づく光学部材を作成するためのプロセスはガラス材料を作成するための本発明のプロセスと本発明のガラス材料を処理する追加の工程の組合せとすることができる。上述したように、ODドープ合成石英ガラスは既に研究され、開示されているが、発明者等が知る限りは、約300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置の照射光路の光学部材に用いることができるODドープ合成シリカガラスを開示している文献はなく、まして、約193nmのような波長において思いがけない光学性能を有するODドープ合成石英ガラスを開示している文献は全くない。上に論じた従来技術の文献に開示されている実施例の材料は、本発明の材料の光学性能すなわち約300nmより短波長のリソグラフィ用途に必要な光学性能を有していないと考えられる。   The synthetic quartz glass material of the present invention is further processed into an optical member for use in the optical path of lithographic illumination light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm, such as about 248 nm, 193 nm or even shorter wavelengths. Can do. The optical member can take a variety of geometric shapes and dimensions. This optical member can be used for a low fluence irradiation optical path and a high fluence irradiation optical path. Thus, the process for making an optical member based on the quartz glass of the present invention can be a combination of the process of the present invention for making a glass material and an additional step of processing the glass material of the present invention. As described above, OD-doped synthetic quartz glass has already been studied and disclosed, but as far as the inventors know, it can be used as an optical member in the irradiation optical path of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than about 300 nm. There is no document that discloses OD-doped synthetic silica glass, and there is no document that discloses OD-doped synthetic silica glass having unexpected optical performance at a wavelength such as about 193 nm. The example materials disclosed in the prior art documents discussed above are not believed to have the optical performance of the materials of the present invention, i.e., the optical performance required for lithographic applications at wavelengths shorter than about 300 nm.

以下の非限定的例によって本発明をさらに説明する。   The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

実施例1a
本実施例においては、同時係属の、ともに譲渡された、名称を「屈折率一様性が高い石英ガラス及びその作成方法(HIGH REFRACTIVE INDEX HOMOGENEITY FUSED SILICA GKASS AND METHOD OF MAKING SAME)」とする、2005年6月8日に出願され、現在は米国特許出願公開第2006/0137398A1号として公開されている、米国特許出願第11/148764号の明細書に説明されるようなスート-トゥ-ガラスプロセスを用いることで、ODドープ石英ガラスを作成した。上記明細書の該当部分は本明細書に参照として含まれる。詳しくは、Si含有前駆化合物であるオクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)の火炎加水分解によって得られた複数のスート粒子を回転しているマンドレル表面に堆積させることによってシリカスートプリフォームを形成した。このようにして作成したスートプリフォームはOHドープスートプリフォームであった。続いて、ODドープスートを得るため、プリフォームをほぼ1100℃に設定された固結炉に入れ、2.5%の酸素を含むヘリウムに液体DOを通してバブリングさせて固結炉に6時間通すことにより、同位元素純度が99.9+%のDOでD/H交換して、ODをドープした。次いで、炉温をほぼ1400℃に上げることによってDO含有ヘリウム雰囲気内でODドーププリフォームを焼結して、固結ODドープ石英ガラスにした。固結に続いて、石英ガラスを約1100℃の窒素パージ均熱オーブン内に約24時間おき、25℃/時間より低い冷却速度で850℃まで冷却し、次いで室温まで冷却した(この石英ガラスは表Iの試料C,D及びFに用いた)。デューテロキシルドーピングは成功し、固結ガラスは重量で約130ppmのOD及び1ppmより少ないOHを含有していた。ガラスの径方向に沿って[OD]及び[OH]を測定し、図6に提示した。これらの試料が有するナトリウムは重量で10ppbより少なく、総アルカリ金属は合計して重量で10ppbより少なく、アルカリ土類金属は重量で10ppbより少なく、Fe,Cr及びNiは重量で1ppbより少ないことがわかった。
Example 1a
In this example, the co-pending and co-assigned name is “High Refractive Index Homogeneity Fused SILICA GKASS AND METHOD OF MAKING SAME”, 2005. A soot-to-glass process as described in the specification of US patent application Ser. No. 11 / 148,764, filed Jun. 8, 2000 and now published as US Patent Application Publication No. 2006 / 0137398A1. By using it, an OD-doped quartz glass was prepared. The relevant portions of the above specification are included herein by reference. Specifically, a silica soot preform was formed by depositing a plurality of soot particles obtained by flame hydrolysis of octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), which is a Si-containing precursor compound, on the rotating mandrel surface. The soot preform thus prepared was an OH-doped soot preform. Subsequently, in order to obtain an OD-doped soot, the preform is placed in a consolidation furnace set at approximately 1100 ° C., and helium containing 2.5% oxygen is bubbled through liquid D 2 O and passed through the consolidation furnace for 6 hours. As a result, OD was doped by D / H exchange with D 2 O having an isotope purity of 99.9 +%. Subsequently, the furnace temperature was raised to approximately 1400 ° C. to sinter the OD-doped preform in a D 2 O-containing helium atmosphere to obtain a consolidated OD-doped quartz glass. Following consolidation, the quartz glass was placed in a nitrogen purge soaking oven at about 1100 ° C. for about 24 hours, cooled to 850 ° C. at a cooling rate of less than 25 ° C./hour, and then cooled to room temperature. Used for samples C, D and F in Table I). Deuteroxyl doping was successful and the consolidated glass contained about 130 ppm OD by weight and less than 1 ppm OH. [OD] and [OH] were measured along the radial direction of the glass and presented in FIG. These samples have sodium less than 10 ppb by weight, total alkali metals less than 10 ppb by weight, alkaline earth metals less than 10 ppb by weight, Fe, Cr and Ni may be less than 1 ppb by weight all right.

実施例1b
本実施例においては、実施例1aに説明されるようなスート-トゥ-ガラスプロセスを用いることで、ODドープ石英ガラスを作成した。このようにして作成したスートプリフォームはOHドープスートプリフォームであった。続いて、ODドープスートを得るため、プリフォームをほぼ1100℃に設定された固結炉に入れ、2.5%の酸素を含むヘリウムに液体DOを通してバブリングさせて固結炉に6時間通すことにより、同位元素純度が99.9+%のDOでD/H交換して、ODをドープした。次いで、炉温をほぼ1400℃に上げることによってDO含有ヘリウム雰囲気内でODドープスートプリフォームを焼結して、固結ODドープ石英ガラスにした。固結に続いて、石英ガラスを1100℃の窒素パージ均熱オーブン内に24時間おき、25℃/時間より低い冷却速度で850℃まで冷却し、次いで室温まで冷却した(この石英ガラスは表Iに示される試料Hに用いた)。デューテロキシルドーピングは成功し、固結ガラスは重量で約70ppmのOD及び1ppmより少ないOHを含有していた。ガラスの径方向に沿って[OD]及び[OH]を測定し、図12に提示した。これらの材料の試料H及びGについて測定した仮想温度はそれぞれ1126℃及び1032℃であった。これらの試料が有するナトリウムは重量で10ppbより少なく、アルカリ金属は合計して重量で10ppbより少なく、総アルカリ金属は合計して重量で10ppbより少なく、アルカリ土類金属は重量で10ppbより少なく、Fe,Cr及びNiは重量で1ppbより少ないことがわかった。
Example 1b
In this example, an OD-doped quartz glass was created by using a soot-to-glass process as described in Example 1a. The soot preform thus prepared was an OH-doped soot preform. Subsequently, in order to obtain an OD-doped soot, the preform is placed in a consolidation furnace set at approximately 1100 ° C., and helium containing 2.5% oxygen is bubbled through liquid D 2 O and passed through the consolidation furnace for 6 hours. As a result, OD was doped by D / H exchange with D 2 O having an isotope purity of 99.9 +%. Next, by raising the furnace temperature to approximately 1400 ° C., the OD-doped soot preform was sintered in a D 2 O-containing helium atmosphere to obtain a consolidated OD-doped quartz glass. Following consolidation, the quartz glass was placed in a nitrogen purge soaking oven at 1100 ° C. for 24 hours, cooled to 850 ° C. at a cooling rate below 25 ° C./hour, and then cooled to room temperature (this quartz glass was cooled to Table I Used for sample H). Deuteroxyl doping was successful and the consolidated glass contained about 70 ppm OD by weight and less than 1 ppm OH. [OD] and [OH] were measured along the radial direction of the glass and presented in FIG. The fictive temperatures measured for samples H and G of these materials were 1126 ° C. and 1032 ° C., respectively. These samples have sodium less than 10 ppb by weight, alkali metals total less than 10 ppb by weight, total alkali metals total less than 10 ppb by weight, alkaline earth metals less than 10 ppb by weight, Fe , Cr and Ni were found to be less than 1 ppb by weight.

実施例1c
本実施例においては、実施例1aに説明されるようなスート-トゥ-ガラスプロセスを用いることで、ODドープ石英ガラスを作成した。このようにして作成したスートプリフォームはOHドープスートプリフォームであった。このスートプリフォームを1100℃に設定された固結炉に入れ、体積で1.6%のCl及び体積で0.3%のCOを含むヘリウムを流して4時間処理した。このプロセスはスートプリフォームからOH及び微量金属の全てを除去するために用いた。次いで、DOを入れたバブラーを通して体積で2.5%のOを含むヘリウムを流すことによってスートプリフォームをDO及びOに1100℃で8時間さらした。このプロセスにより、塩素が全て除去され、前工程で還元されたシリカのいずれもが再酸化された。こうしてODドープスートプリフォームを作成した。次いで、炉温をほぼ1400℃に上げることによりDO含有ヘリウム雰囲気内でスートプリフォームを焼結して、固結ODドープ石英ガラスにした。固結に続いて、ODドープシリカを1100℃の窒素パージ均熱オーブン内に24時間おき、25℃/時間より低い冷却速度で850℃まで冷却し、次いで室温まで冷却した。デューテロキシルドーピングは成功し、固結ガラスは重量で約220ppmのOD及び約8ppmのOHを含有していた。ガラスの径方向に沿って[OD]及び[OH]を測定し、図17に提示した。このODドープ石英ガラスの試料に、約425℃でHを約3×1016分子/cmまで後添加した。この材料について測定した仮想温度は1085℃であった。この試料の193nmにおける内部透過率は99.66%/cmであった。この試料が有するClは重量で10ppmより少なく、ナトリウムは重量で10ppbより少なく、総アルカリ金属は合計して重量で10ppbより少なく、総アルカリ土類元素は重量で10ppbより少なく、鉄、クロムまたはニッケルは重量で1ppbより少なかった。
Example 1c
In this example, an OD-doped quartz glass was created by using a soot-to-glass process as described in Example 1a. The soot preform thus prepared was an OH-doped soot preform. This soot preform was placed in a consolidation furnace set at 1100 ° C., and treated with helium containing 1.6% by volume of Cl 2 and 0.3% by volume of CO for 4 hours. This process was used to remove all OH and trace metals from the soot preform. Then, it exposed for 8 hours at 1100 ° C. the soot preform D 2 O and O 2 by flowing helium containing 2.5% O 2 by volume through a bubbler containing the D 2 O. This process removed all the chlorine and re-oxidized any silica that was reduced in the previous step. Thus, an OD dope soot preform was prepared. Next, the soot preform was sintered in a D 2 O-containing helium atmosphere by raising the furnace temperature to approximately 1400 ° C. to obtain a consolidated OD-doped quartz glass. Following consolidation, the OD-doped silica was placed in a 1100 ° C. nitrogen purge soaking oven for 24 hours, cooled to 850 ° C. at a cooling rate of less than 25 ° C./hour, and then cooled to room temperature. Deuteroxyl doping was successful and the consolidated glass contained about 220 ppm OD and about 8 ppm OH by weight. [OD] and [OH] were measured along the radial direction of the glass and presented in FIG. To this OD-doped quartz glass sample, H 2 was post-added to about 3 × 10 16 molecules / cm 3 at about 425 ° C. The fictive temperature measured for this material was 1085 ° C. The internal transmittance of this sample at 193 nm was 99.66% / cm. This sample has less than 10 ppm Cl by weight, less than 10 ppb by weight sodium, less than 10 ppb total alkali metal, less than 10 ppb total alkaline earth elements, iron, chromium or nickel Was less than 1 ppb by weight.

実施例2
本実施例においては、同時係属の、ともに譲渡された、米国特許出願第11/148764号(米国特許出願公開第2006/0137398A1号)の明細書に説明されるようなスート-トゥ-ガラスプロセスを用いることでODドープ石英ガラスを作成した。詳しくは、Si含有前駆化合物の火炎加水分解によって得られた複数のスート粒子を回転しているマンドレル表面に堆積させることによってシリカスートプリフォームを形成した。このようにして作成したスートプリフォームはOHドープスートプリフォームであった。続いて、実施例1aで説明した態様と同様な態様で、固結プロセス中にヘリウムに液体DOを通してバブリングさせて固結炉に通すことにより同位元素純度が99.9+%のDOである程度D/H交換し、ODドープした。デューテロキシルドーピングは成功し、固結ガラスは重量で約40〜50ppmのOD及び約10ppmのOHを含有していた。ガラスの径方向に沿って[OD]及び[OH]を測定し、図7に提示した。径方向の場所が変われば[OD]及び[OH]はいずれも変わるが、[OD]/[OH]比は実質的に一定のままであることが注目される。このことはスートプリフォーム内のOH基が実質的に同じ比率でOD基に交換されたことを示す。
Example 2
In this example, a soot-to-glass process as described in the co-pending and co-assigned US patent application Ser. No. 11 / 148,761 (U.S. Patent Application Publication No. 2006/0137398 A1) is used. By using it, an OD-doped quartz glass was prepared. Specifically, a silica soot preform was formed by depositing a plurality of soot particles obtained by flame hydrolysis of a Si-containing precursor compound on the rotating mandrel surface. The soot preform thus prepared was an OH-doped soot preform. Subsequently, in a manner similar to that described in Example 1a, helium was bubbled through liquid D 2 O through the consolidation process and passed through a consolidation furnace during the consolidation process, thereby providing an isotope purity of 99.9 +% D 2 O. Then, D / H was exchanged to some extent and OD was doped. Deuteroxyl doping was successful and the consolidated glass contained about 40-50 ppm OD and about 10 ppm OH by weight. [OD] and [OH] were measured along the radial direction of the glass and presented in FIG. It is noted that if the radial location changes, both [OD] and [OH] change, but the [OD] / [OH] ratio remains substantially constant. This indicates that the OH groups in the soot preform have been exchanged for OD groups at substantially the same ratio.

実施例3
OHドープ石英ガラス及びODドープ石英ガラスの全ての試料を、HまたはDの添加前に実施例1bで説明した態様と同様の態様でアニールし、HまたはDの添加後に測定した、それぞれの試料に対応する仮想温度を表Iに示す。実施例1a,1b及び1cのODドープ石英ガラスの試料には、375℃でHまたはDを約4×1016分子/cmまで後添加した。同時係属の、ともに譲渡された、米国特許出願第11/148764号(米国特許出願公開第2006/0137398号)の明細書に説明されるようなスート-トゥ-ガラスプロセスを用いることで作成したODドープ石英ガラスに、375℃でHまたはDを約4×1016分子/cmないし6×1016分子/cmまで添加した。FTIRの結果は、ガラス内の[OH]及び[OD]のレベルがHまたはD添加プロセスでは変化しないことを示した。繰返しレートが4kHz、フルーエンスが200μJ・cm−2・パルス−1、パルス長が25nsの直線偏光193nmArFエキシマーレーザで数100万パルスにわたりガラスを露光した。次いで、露光試料の特性を、偏光誘起複屈折、規格化偏光誘起複屈折(PIB(N))、193nmで測定した規格化LIWFD(L193)及び633nmで測定した規格化LIWFD(L633)並びに規格化誘起吸収(IA(N))について決定した。それぞれ、図8,9,10,11,12,13,14,15及び16にデータを提示してある。試料A,B,C,D,E,F,G,H,J,K及びLが含有するナトリウムは重量で10ppbより少なく、アルカリ金属は合計して重量で10ppbより少なく、アルカリ土類金属は合計して重量で10ppbより少なく、Fe,CrまたはNiは重量で1ppbより少ないことがわかった。試料A,B,C,D,F及びHの193nmにおける内部透過率は約99.78%/cmであった。試料E,G,H,K及びLの内部透過率は約99.74%/cmであることがわかった。また、試料Jの193nmにおける内部透過率は約99.70%/cmであることがわかった。試料A,B,C,D,E,F,G,H,J,K及びLは下の表Iに挙げられる組成を有する。
Example 3
All samples of OH-doped silica glass and OD-doped silica glass, annealed at manner similar to that described in Example 1b before the addition of H 2 or D 2, was measured after the addition of H 2 or D 2, The fictive temperature corresponding to each sample is shown in Table I. The sample OD-doped silica glass of Example 1a, 1b and 1c, were added after the H 2 or D 2 at 375 ° C. to about 4 × 10 16 molecules / cm 3. OD made by using a soot-to-glass process as described in co-pending, co-assigned US patent application Ser. No. 11 / 148,761 (US Patent Publication No. 2006/0137398). H 2 or D 2 was added to the doped quartz glass at about 375 ° C. to about 4 × 10 16 molecules / cm 3 to 6 × 10 16 molecules / cm 3 . The FTIR results, the level of [OH] and [OD] in the glass showed that no change in the H 2 or D 2 addition process. The glass was exposed for several million pulses with a linearly polarized 193 nm ArF excimer laser having a repetition rate of 4 kHz, a fluence of 200 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of 25 ns. Next, the characteristics of the exposed sample were measured by polarization-induced birefringence, normalized polarization-induced birefringence (PIB (N)), normalized LIWFD (L193) measured at 193 nm, normalized LIWFD (L633) measured at 633 nm, and normalized. Induced absorption (IA (N)) was determined. The data are presented in FIGS. 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16, respectively. Samples A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, and L contain less than 10 ppb by weight, total alkali metals are less than 10 ppb by weight, and alkaline earth metals are The total was found to be less than 10 ppb by weight and Fe, Cr or Ni was less than 1 ppb by weight. Samples A, B, C, D, F, and H had an internal transmittance of about 99.78% / cm at 193 nm. Samples E, G, H, K, and L were found to have an internal transmittance of about 99.74% / cm. Moreover, it turned out that the internal transmittance in 193 nm of the sample J is about 99.70% / cm. Samples A, B, C, D, E, F, G, H, J, K and L have the compositions listed in Table I below.

Figure 2017186254
Figure 2017186254

図8及び13において、横軸はN(P)・Fを表し、ここでN(P)は100万を単位とするパルス数であり、FはmJ・cm−2・パルス−1を単位とする直線偏光193nmエキシマーレーザパルスのフルーエンスである。これらの図は、全く驚くべき態様で、ODドープ試料(試料C,D,F,G及びH)が様々なN(P)・Fにおいてかなり小さなバルク偏光誘起複屈折測定値(PIB(M))を実際に示すことを明らかに示している。図9及び14に与えられる規格化偏光誘起複屈折値は、ODドープガラス試料の偏光誘起複屈折の大きさは同等のレベルでOHがドープされているガラスよりもかなり小さいという結論をさらに強固にしている。これらの図のデータは、偏光誘起複屈折に関してODドープ石英ガラスがOHドープ石英ガラスより優れた性能を有することを明らかに示している。さらに驚くべきことには、80億(8×10)パルスにわたって測定した試料CのPIB(M)及びPIB(N)のデータは、約20億(2×10)及び50億(2〜5×10)のパルスにわたって、OHドープ試料A及びBの偏光誘起複屈折がかなり大きくなるのとは対照的に、偏光誘起複屈折が実質的に変化していないことを示す。 8 and 13, the horizontal axis represents N (P) · F, where N (P) is the number of pulses in units of 1 million, and F is in units of mJ · cm −2 · pulse− 1. The fluence of linearly polarized 193 nm excimer laser pulses. These figures are quite surprising and show that OD-doped samples (samples C, D, F, G and H) have fairly small bulk polarization-induced birefringence measurements (PIB (M)) at various N (P) · F. ) Is clearly shown. The normalized polarization-induced birefringence values given in FIGS. 9 and 14 further reinforce the conclusion that the magnitude of polarization-induced birefringence in OD-doped glass samples is much smaller than glass doped with OH at comparable levels. ing. The data in these figures clearly show that OD-doped quartz glass has better performance than OH-doped quartz glass with respect to polarization-induced birefringence. Even more surprising, the PIB (M) and PIB (N) data of Sample C measured over 8 billion (8 × 10 9 ) pulses are approximately 2 billion (2 × 10 9 ) and 5 billion (2−2 In contrast to the significant increase in polarization-induced birefringence of OH-doped samples A and B over 5 × 10 9 ) pulses, the polarization-induced birefringence is not substantially changed.

図10,11および15の試料A,B,C,D及びEの規格化LIWFDデータは、思いがけなくも、ODドープ/無OH石英ガラスのLIWFD性能がOD及びOHの濃度が同等である場合のOHドープガラスより優れていることを示す。さらに、ODの濃度は等価であるが仮想温度(T)が低い方の石英ガラス試料ではLIWFDが小さくなる(すなわち、LIWFDに関してより優れた性能を有する)こともわかった。 Unexpectedly, the normalized LIWFD data for samples A, B, C, D and E in FIGS. 10, 11 and 15 show the OH when the LIWFD performance of OD-doped / OH-free quartz glass is equivalent in OD and OH concentrations. It shows that it is superior to doped glass. Furthermore, it was also found that the LIWFD is smaller in the quartz glass sample with the equivalent OD concentration but lower fictive temperature (T f ) (ie, it has better performance with respect to LIWFD).

上で簡単に述べたように、図16に示される規格化誘起吸収(IA(N))データは、193nmにおける直線偏光光の露光量が同じ場合に、本発明のODドープ石英ガラスは本発明のODドープガラスの[OD]と同等の[OH]を有するOHドープガラスよりかなり低いレベルの誘起吸収を示すことを明らかに示している。これは全く思いがけないことであった。   As briefly mentioned above, the normalized induced absorption (IA (N)) data shown in FIG. 16 indicates that the OD-doped quartz glass of the present invention is the present invention when the exposure amount of linearly polarized light at 193 nm is the same. It clearly shows a much lower level of induced absorption than OH-doped glasses with [OH] comparable to that of OD-doped glasses. This was totally unexpected.

実施例4
本実施例においては、OHドープ石英ガラスをD/H交換することでODドープ石英ガラスを作成した。OHドープ石英ガラスには、米国特許第6698248B2号の明細書に説明されているようなダイレクト-トゥ-ガラスプロセスを用いることで作成されたコーニング社ガラス製品コード7980を用いた。試験したガラスが含有するOHはほぼ1000ppmであり、ナトリウムは10ppbより少なく、総アルカリは10ppbより少なく、総アルカリ土類元素は10ppbより少なく、鉄、クロムまたはニッケルは1ppbより少なかった。D/H交換は、10mm×25mm×200mmの試料を清浄な石英マッフルに入れて、試料を99.9+%のDOにバブリングさせて通した5.4%のDを含むN内で30日間900℃に加熱することで達成し、重量でほぼ1000ppmのOD及び重量で20ppmより少ないOHを含有し、さらなる金属汚染物はない、ODドープ石英ガラスを得た。
Example 4
In this example, OD-doped quartz glass was prepared by D / H exchange of OH-doped quartz glass. The OH-doped quartz glass used was Corning glass product code 7980 made by using a direct-to-glass process as described in US Pat. No. 6,698,248 B2. The tested glass contained approximately 1000 ppm OH, less than 10 ppb sodium, less than 10 ppb total alkali, less than 10 ppb total alkaline earth elements, and less than 1 ppb iron, chromium or nickel. D / H exchange, 10 mm × 25 mm × sample into a clean quartz muffle of 200 mm, the N 2 containing 5.4% of D 2 through by bubbling the sample to 99.9 +% of D 2 O To obtain an OD-doped quartz glass containing approximately 1000 ppm by weight of OD and less than 20 ppm by weight of OH and no further metal contamination.

本実施例は、OHドープ石英ガラスのD/H交換によって本発明のODドープ石英ガラスを作成できることを示す。   This example shows that the OD-doped quartz glass of the present invention can be produced by D / H exchange of OH-doped quartz glass.

本発明の範囲及び精神を逸脱することなく様々な改変及び変更が本発明になされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。   It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of the present invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

OH及び/またはOD成分を含有する石英ガラスにおける偏光誘起複屈折を少なくともある程度説明する、提案される機構の略図である1 is a schematic representation of the proposed mechanism explaining at least in part polarization-induced birefringence in quartz glass containing OH and / or OD components. OH及び/またはOD成分を含有する石英ガラスにおける偏光誘起複屈折及びn(OD)/(n(OD)+n(OH))比が異なるガラス間の偏光誘起複屈折のレベルに関する差を少なくともある程度説明する、提案される機構の略図であるExplain at least to some extent the differences in polarization-induced birefringence and the level of polarization-induced birefringence between glasses with different n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratios in quartz glass containing OH and / or OD components. Is a schematic representation of the proposed mechanism OH及び/またはOD成分を含有する石英ガラスにおける偏光誘起複屈折及び光誘起波面歪曲(LIWFD)並びにn(OD)/(n(OD)+n(OH))比が異なるガラス間の偏光誘起複屈折及びLIWFDのレベルに関する差を少なくともある程度説明する、提案される機構の略図であるPolarization-induced birefringence and light-induced wavefront distortion (LIWFD) and polarization-induced birefringence between glasses with different ratios of n (OD) / (n (OD) + n (OH)) in quartz glass containing OH and / or OD components And Schematic of the proposed mechanism, explaining at least in part the difference in the level of LIWFD OH及び/またはOD成分を含有する石英ガラスにおける誘起吸収(IA)及びn(OD)/(n(OD)+n(OH))比が異なるガラス間の誘起吸収のレベルに関する差を少なくともある程度説明する、提案される機構の略図であるExplain, at least in part, the difference in the level of induced absorption between glasses with different induced absorption (IA) and different n (OD) / (n (OD) + n (OH)) ratios in quartz glass containing OH and / or OD components. Is a schematic of the proposed mechanism OH及び/またはOD成分を含有する石英ガラスにおける誘起吸収及び誘起吸収低減におけるドープされた水素分子(H,D及び/またはHD)の効果を少なくともある程度説明する、提案される機構の略図であるFIG. 4 is a schematic representation of the proposed mechanism, explaining at least in part the effect of doped hydrogen molecules (H 2 , D 2 and / or HD) on induced absorption and reduced induced absorption in quartz glass containing OH and / or OD components. is there 本発明のODドープ石英ガラスを作成するための本発明のプロセスの一実施形態にしたがって作成された固結石英ガラス試料のOH濃度([OH])プロファイル及びOD濃度([OD])プロファイルを示すグラフであるFigure 2 shows the OH concentration ([OH]) and OD concentration ([OD]) profiles of a consolidated quartz glass sample made according to one embodiment of the process of the present invention for making the OD doped quartz glass of the present invention. Is a graph 本発明のODドープ石英ガラスを作成するための本発明のプロセスの一実施形態にしたがって作成された固結ODドープ石英ガラスの[OH]プロファイル及び[OD]プロファイルを示すグラフである2 is a graph showing the [OH] profile and [OD] profile of a consolidated OD-doped quartz glass made according to one embodiment of the process of the invention for making the OD-doped quartz glass of the invention. N(P)・Fの関数としての、様々なレベルのH分子またはD分子を有する、一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び一連のOHドープ石英ガラス試料の、633nmで測定した、偏光誘起複屈折を示すグラフであり、ここで、Fはフルーエンスであり、N(P)は波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数であって、ガラス試料はフルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたA series of inventive OD-doped quartz glass samples and a series of OH-doped quartz glass samples with varying levels of H 2 or D 2 molecules as a function of N (P) · F, measured at 633 nm, FIG. 4 is a graph showing polarization-induced birefringence, where F is fluence, N (P) is the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm, and the glass sample has a fluence of about 200 μJ · cm −2.・ Pulse- 1 with a pulse length of approximately 25 ns was exposed at a pulse repetition rate of about 4 kHz. 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、図8と同じ試料の規格化偏光誘起複屈折を示すグラフであり、ガラス試料はフルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光された9 is a graph showing the normalized polarization-induced birefringence of the same sample as in FIG. 8 as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm, the glass sample having a fluence of about 200 μJ · cm −2 · pulse −1 . A pulse with a pulse length of about 25 ns was exposed at a pulse repetition rate of about 4 kHz. 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、上の図8に提示した試料と同じ一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び同じ一連のOHドープ石英ガラス試料の、633nmで測定した、規格化LIWFDを示すグラフであり、ガラス試料はフルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたMeasured at 633 nm of the same series of OD-doped quartz glass samples of the present invention and the same series of OH-doped quartz glass samples as shown in FIG. 8 above as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm The glass sample was exposed at a pulse repetition rate of about 4 kHz to a pulse length of about 25 ns with a fluence of about 200 μJ · cm −2 and pulse −1 . 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、上の図8に提示した試料と同じ一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び同じ一連のOHドープ石英ガラス試料の、193nmで測定した、規格化LIWFDを示すグラフであり、ガラス試料はフルーエンスが約200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたMeasured at 193 nm of the same series of OD-doped quartz glass samples of the present invention and the same series of OH-doped quartz glass samples as shown in FIG. 8 above as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm. The glass sample was exposed at a pulse repetition rate of about 4 kHz to a pulse length of about 25 ns with a fluence of about 200 μJ · cm −2 and pulse −1 . 本発明のODドープ石英ガラスを作成するための本発明のプロセスの一実施形態にしたがって作成された固結石英ガラス試料のOH濃度([OH])プロファイル及びOD濃度([OD])プロファイルである2 is an OH concentration ([OH]) profile and an OD concentration ([OD]) profile of a consolidated quartz glass sample made according to one embodiment of the process of the present invention for making the OD doped quartz glass of the present invention. 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、様々なレベルのH分子を有する、一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び一連のOHドープ石英ガラス試料の、633nmで測定した、偏光誘起複屈折を示すグラフであって、ガラス試料G,H,J及びKはフルーエンスが600μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ21nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光され、ガラス試料F及びLはフルーエンスが200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたA series of inventive OD-doped quartz glass samples and a series of OH-doped quartz glass samples with varying levels of H 2 molecules as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam with a wavelength of about 193 nm were measured at 633 nm. , A graph showing polarization-induced birefringence, in which glass samples G, H, J and K are exposed to a pulse having a fluence of 600 μJ · cm −2 · pulse −1 and a pulse length of approximately 21 ns at a pulse repetition rate of about 4 kHz. Glass samples F and L were exposed to a pulse repetition rate of about 4 kHz with a fluence of 200 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 25 ns pulse. 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、様々なレベルのH分子を有する、一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び一連のOHドープ石英ガラス試料の、規格化偏光誘起複屈折を示すグラフであって、ガラス試料G,H,J及びKはフルーエンスが600μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ21nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光され、ガラス試料F及びLはフルーエンスが200μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ25nsパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたWavelength as a function of the number of pulses of the pulse laser beam of about 193 nm, has of H 2 molecules of various levels of OD-doped silica glass sample and a series of OH-doped silica glass sample set of the present invention, normalized polarization-induced It is a graph showing birefringence, and glass samples G, H, J and K are exposed to a pulse having a fluence of 600 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of about 21 ns at a pulse repetition rate of about 4 kHz. Samples F and L were exposed to a fluence of 200 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of approximately 25 ns to a pulse repetition rate of about 4 kHz. 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、上の図14に提示した試料と同じ一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び同じ一連のOHドープ石英ガラス試料G,H,J及びKの、633nmで測定した、規格化LIWFDを示すグラフであり、ガラス試料はフルーエンスが600μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ21nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたThe same series of OD-doped quartz glass samples of the present invention and the same series of OH-doped quartz glass samples G, H, J as the sample presented in FIG. 14 above as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm. And K is a graph showing normalized LIWFD measured at 633 nm, where the glass sample is exposed to a pulse with a fluence of 600 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of approximately 21 ns at a pulse repetition rate of about 4 kHz. The 波長が約193nmのパルスレーザビームのパルス数の関数としての、上の図14に提示した試料と同じ一連の本発明のODドープ石英ガラス試料及び同じ一連のOHドープ石英ガラス試料G,H,J及びKの、193nmで測定した、規格化誘起吸収、すなわち規格化IAを示すグラフであり、ガラス試料はフルーエンスが600μJ・cm−2・パルス−1でパルス長がほぼ21nsのパルスに約4kHzのパルス繰返し数で露光されたThe same series of OD-doped quartz glass samples of the present invention and the same series of OH-doped quartz glass samples G, H, J as the sample presented in FIG. 14 above as a function of the number of pulses of a pulsed laser beam having a wavelength of about 193 nm. And K, a normalized induced absorption measured at 193 nm, ie, normalized IA, with a glass sample having a fluence of 600 μJ · cm −2 · pulse −1 and a pulse length of approximately 21 ns and a pulse length of about 4 kHz. Exposed with pulse repetition rate 本発明のODドープ石英ガラスを作成するための本発明のプロセスの一実施形態にしたがって作成された固結石英ガラス試料のOH濃度([OH])プロファイル及びOD濃度([OD])プロファイルを示すグラフであるFigure 2 shows the OH concentration ([OH]) and OD concentration ([OD]) profiles of a consolidated quartz glass sample made according to one embodiment of the process of the present invention for making the OD doped quartz glass of the present invention. Is a graph

Claims (15)

300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができる、OD及び、必要に応じて、OHと、100ppbよりも少ないナトリウムとを含有する、ODドープ合成石英ガラス材料において、
[OD]/([OD]+[OH])の重量比が0.8以上であり、
波長193nmにおいて少なくとも99.00%/cmの内部透過率を有することを特徴とする合成石英ガラス材料。
In an OD-doped synthetic quartz glass material containing OD and optionally OH and less than 100 ppb sodium, which can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than 300 nm,
The weight ratio of [OD] / ([OD] + [OH]) is 0.8 or more,
A synthetic quartz glass material having an internal transmittance of at least 99.00% / cm at a wavelength of 193 nm.
前記[OD]/([OD]+[OH])の重量比が0.96以上であることを特徴とする請求項1に記載の合成石英ガラス材料。   The synthetic quartz glass material according to claim 1, wherein a weight ratio of [OD] / ([OD] + [OH]) is 0.96 or more. ,HD,D及び/またはこれらの混合物を含有する、[H],[HD]及び[D]の総合計が0.5×1015〜5×1019分子/cmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の合成石英ガラス材料。 The total of [H 2 ], [HD] and [D 2 ] containing H 2 , HD, D 2 and / or mixtures thereof is 0.5 × 10 15 to 5 × 10 19 molecules / cm 3 The synthetic quartz glass material according to claim 1 or 2, wherein the material is in a range. 193nmで動作し、70μJ・cm−2・パルス−1のフルーエンス及び25nsのパルス長を有するレーザビームの100億(1×1010)パルスを受けたときに、633nmで測定して、−1.0nm/cmと1.0nm/cmの間のレーザ誘起波面歪曲(LIWFD)を示すことを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の合成石英ガラス材料。 Measured at 633 nm when subjected to 10 billion (1 × 10 10 ) pulses of a laser beam operating at 193 nm and having a fluence of 70 μJ · cm −2 · pulse −1 and a pulse length of 25 ns, −1. The synthetic quartz glass material according to any one of claims 1 to 3, which exhibits a laser-induced wavefront distortion (LIWFD) between 0 nm / cm and 1.0 nm / cm. 193nmのエキシマーレーザの200億(2×1010)以下の数のパルスを受けたときに示す、633nmで測定した、規格化波面歪曲L633が、−1.0≦L633≦1.0であることを特徴とする請求項1または2に記載の合成石英ガラス材料。 The normalized wavefront distortion L633 measured at 633 nm shown when receiving a pulse of 20 billion (2 × 10 10 ) or less of the 193 nm excimer laser is −1.0 ≦ L633 ≦ 1.0. The synthetic quartz glass material according to claim 1 or 2. 193nmのエキシマーレーザの200億(2×1010)以下の数のパルスを受けたときに示す、193nmで測定した、規格化波面歪曲L193が、−1.0≦L193≦1.0であることを特徴とする請求項1または2に記載の合成石英ガラス材料。 The normalized wavefront distortion L193 measured at 193 nm when receiving 193 nm excimer laser pulses of 20 billion (2 × 10 10 ) or less is −1.0 ≦ L193 ≦ 1.0 The synthetic quartz glass material according to claim 1 or 2. 前記ガラスが、40μJ・cm−2・パルス−1のフルーエンス及び25nsのパルス長を有する193nmの直線偏光パルスレーザビームを2×1010パルス受けた後に、633nmで測定して、0.04nm/cmより小さい偏光誘起複屈折を示すことを特徴とする請求項1または2に記載の合成石英ガラス材料。 The glass was subjected to 2 × 10 10 pulses of a 193 nm linearly polarized pulsed laser beam having a fluence of 40 μJ · cm −2 · pulse- 1 and a pulse length of 25 ns, and then measured at 633 nm to obtain 0.04 nm / cm The synthetic quartz glass material according to claim 1 or 2, which exhibits a smaller polarization-induced birefringence. 300nmより短波長で動作するリソグラフィ装置のリソグラフィ照射光の光路に用いることができるODドープ合成石英ガラス材料を作成するためのプロセスにおいて、
(A)複数のシリカ含有粒子を有する粒子プリフォームを提供する工程、
(B)必要に応じて、前記粒子プリフォームを純化及び/または乾燥する工程、
(C)必要に応じて、前記粒子プリフォームにドーパントをさらにドープする工程、
(D)前記粒子プリフォームを高温で固結して緻密ガラスにする工程、及び
(E)必要に応じて、前記工程(D)で得られた前記固結ガラスをH,HD及び/またはDの存在の下で処理する工程、
を含み、
前記工程(A),(B),(C),(D)及び(E)の内の少なくとも1つにおいて、得られる石英ガラスがOD及び、必要に応じて、OHを含有して、[OD]/([OD]+[OH])の重量比が0.8以上となるように、ODが前記ガラスに導入されるかまたは前記ガラス内に形成され、かつ、得られる石英ガラスが、100ppbよりも少ないナトリウムを含有し、波長193nmにおいて少なくとも99.00%/cmの内部透過率を有する、
ことを特徴とするプロセス。
In a process for making an OD-doped synthetic quartz glass material that can be used in the optical path of lithographic irradiation light of a lithographic apparatus operating at a wavelength shorter than 300 nm,
(A) providing a particle preform having a plurality of silica-containing particles;
(B) if necessary, a step of purifying and / or drying the particle preform;
(C) A step of further doping the particle preform with a dopant, if necessary,
Step (D) to said particulate preform consolidating to dense glass at a high temperature, and (E) optionally, the consolidated glass obtained in the step (D) H 2, HD and / or treating in the presence of D 2,
Including
In at least one of the steps (A), (B), (C), (D), and (E), the resulting quartz glass contains OD and, if necessary, OH, [OD ] / ([OD] + [OH]) is introduced into the glass or formed in the glass so that the weight ratio thereof is 0.8 or more, and the obtained quartz glass is 100 ppb. Less sodium and has an internal transmittance of at least 99.00% / cm at a wavelength of 193 nm,
Process characterized by that.
前記[OD]/([OD]+[OH])の重量比が0.96以上とされることを特徴とする請求項8に記載のプロセス。   The process according to claim 8, wherein a weight ratio of [OD] / ([OD] + [OH]) is 0.96 or more. 前記工程(A),(B),(C)及び(D)の内の少なくとも1つにおいて、ODが前記ガラスに導入されるかまたは前記ガラス内に形成されることを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。   The OD is introduced into or formed in the glass in at least one of the steps (A), (B), (C) and (D). Or the process according to 9. 前記工程(A)が、
(A1)複数の粒子を提供する工程、及び
(A2)回転している支持表面上に前記粒子を堆積させて前記粒子プリフォームを形成する工程、
を含むことを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。
The step (A)
(A1) providing a plurality of particles, and (A2) depositing the particles on a rotating support surface to form the particle preform,
The process according to claim 8 or 9, characterized by comprising:
前記工程(A)が、
(A(i))シリカを含有するゾル−ゲルを形成する工程、及び
(A(ii))前記ゾル−ゲルから前記粒子プリフォームを形成する工程、
を含むことを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。
The step (A)
(A (i)) a step of forming a sol-gel containing silica, and (A (ii)) a step of forming the particle preform from the sol-gel.
The process according to claim 8 or 9, characterized by comprising:
前記工程(B)が行われ、そのような工程が、F,Cl,Br,ハロゲン含有化合物,CO,CO及びこれらの同等な混合気から選ばれる少なくとも1つの純化/乾燥剤を含有する雰囲気内で行われることを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。 Step (B) is performed, and such step comprises at least one purification / drying agent selected from F 2 , Cl 2 , Br 2 , halogen-containing compounds, CO, CO 2 and their equivalent mixtures. The process according to claim 8 or 9, wherein the process is performed in a containing atmosphere. 前記工程(C)が行われ、前記工程(C)において、OHからODへの交換が行われることを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。   The process according to claim 8 or 9, wherein the step (C) is performed, and in the step (C), an exchange from OH to OD is performed. 前記工程(D)の結果として得られる前記緻密ガラスがOHを含有し、
前記工程(E)が行われ、
前記工程(E)において、前記ガラスが、前記緻密ガラス内の所望の[OH]及び[OD]を得るための前記ガラス内のH/D交換を行うため、D,HD及び/またはHを含有する雰囲気内で処理される、
ことを特徴とする請求項8または9に記載のプロセス。
The dense glass obtained as a result of the step (D) contains OH,
Step (E) is performed,
In the step (E), since the glass performs H / D exchange in the glass to obtain desired [OH] and [OD] in the dense glass, D 2 , HD and / or H 2 Processed in an atmosphere containing
10. Process according to claim 8 or 9, characterized in that
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