JP2018140922A - シリカガラス部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空紫外光を光源とする光リソグラフィー工程に使用されるシリカガラスであって、フッ素濃度が1wt%以上5wt%以下で、かつ、20℃〜50℃における熱膨張係数が4.0×10-7/K以下であることを特徴とするシリカガラス部材。
【選択図】なし
Description
本発明のシリカガラス部材は、上記構成を有することで、ArFエキシマレーザー(193nm)の光透過性が高く、かつ、従来のシリカガラスに比べて低熱膨張性である。
前記シリカガラス部材は、OH基濃度が10ppm以下であることが好ましい。
前記シリカガラス部材の仮想温度は1000℃以下であることが好ましい。
前記シリカガラス部材中のFe、Cr、Ni、Cu及びTiの濃度はそれぞれ1wtppm以下であり、かつ、1000℃の温度での粘性率が1014.5dPa・s以下であることが好ましい。
前記シリカガラス部材は、波長193nmの光の直線透過率が90%以上であることが好ましい。
本発明のシリカガラス部材は、例えば、多孔質シリカ体(スート)にフッ素ドープして透明化処理をした後、1000℃以上の温度からクエンチ処理し、さらに1000℃以下の温度範囲でアニール処理を行うことで、室温付近で4.0×10-7/K以下という低熱膨張性を達成することができる。
このようなシリカガラス部材は、ArFエキシマレーザーを光源とするダブルパターニング露光工程に用いられるフォトマスク基板として好適である。
本発明において、シリカガラス部材中のフッ素濃度が1wt%以上5wt%以下である。フッ素ドープしたシリカガラスが300℃以上で低熱膨張性を示すことは過去のフッ素ドープ光ファイバーの研究時に広く知られており、400℃付近では、熱膨張係数が2.5×10-7/Kであるという報告もされている(Development of optical fibers in Japan, New York: Gordon and Breach Science Publishers, c1989.)。しかしながら、このようなフッ素ドープシリカガラスでも、室温を含む20℃〜50℃の間では熱膨張係数には影響をほとんど与えず、例えば、フッ素を1.5wt%までドープしたシリカガラスでも、5℃〜65℃の熱膨張係数はドープしないものとほとんど変わらない(Res. Reports Asahi Glass Co., Ltd., 57(2007))。
具体的には、上記シリカガラス部材は、例えば、シリカガラス形成原料を火炎加水分解して多孔質シリカ体(スート)を形成し、その後に透明化処理を行う、いわゆるVAD法により製造することができる(特開2001−342027号公報)。すなわち、スートを形成後、ヘリウム等の不活性ガスとSiF4ガスとを混合した混合ガス雰囲気中で処理することで、フッ素をドープした後、フッ素含有雰囲気(混合ガス雰囲気)下に透明化し、さらに所定の熱処理を施すことにより、シリカガラス部材を製造する。
本発明では、例えば、透明化処理において、混合ガス中のSiF4ガスの濃度割合と、焼成温度とを調整することで、得られるシリカガラス部材中のフッ素濃度を1wt%以上5wt%以下にしている。
本発明におけるクエンチ処理は、シリカガラスを1000℃から1500℃の温度範囲で、かつ、粘性が1014.5dPa・s以下、好ましくは1013.0dPa・s以下になるまで加熱し、その後、シリカガラスを800℃以下まで急冷する処理をいい、急冷後の温度は800℃よりも600℃、600℃よりも400℃と、低いほど好ましい。もちろん常温まで冷却しても良い。また、冷却速度については、1000Kをおよそ数秒、好ましくは約1秒で冷却するほどの急冷である必要がある。少なくとも1000℃から800℃までの冷却には1秒かからないことが好ましい。急冷は、例えば、加熱炉から直接、隣接して存在する気体または液体の低温冷媒中に移すことなどが挙げられる。例えば、シリカガラスを1500℃に加熱し、その後、大気中に放出してエアーを吹き付けたり、純水のプールを潜らせるような処理をすればよい。このとき、大気放出後のエアー流速を冷却に十分な値に設定したり、熱容量から計算して純水プールの容積を対象のシリカガラスに対して十分な量だけ準備すれば、シリカガラスの温度を冷媒温度まで急冷することが可能である。
なお、歪点とは1014.5dPa・sの粘性率となる温度であり、シリカガラスの粘性流動が事実上起り得ない温度であり、徐冷域における下限温度に相当する。したがって、本発明のシリカガラス部材の1000℃での粘性率は、1014.5dPa・s以下であることが好ましく、1013.0dPa・s以下であることがより好ましい。
ガラス成形原料としてのSiCl4を酸水素火炎中で加水分解させ、生成したシリカ微粒子を石英ガラス製のターゲットに堆積させて、直径200mm、長さ500mmの多孔質シリカ(スート)を得た。次いで、前記スートを炉に入れ、流量20L/minのHeガス雰囲気中、400℃/hの昇温速度で1200℃まで昇温した後、雰囲気ガスをSiF4 20vol%+He 80vol%の混合ガスに切り換え(流量15L/min)、1200℃で3時間保持してフッ素ドープ処理を行った。
前記フッ素ドープ処理終了後、雰囲気はそのままとして、400℃/hの昇温速度で1400℃まで昇温し、1400℃で2時間保持して透明化処理を行って、直径120mm、長さ230mmのシリカガラスインゴットを得た。
インゴットを一旦常温に戻して、スライスして厚さ6.4mmの薄板にした後、その薄板を電気炉に入れて大気雰囲気中で昇温し、1100℃で1時間保持後に、炉体から引き抜き、大量の空気を吹き付けることにより20℃まで急冷させるクエンチ処理を行った。さらにクエンチ処理後に再度大気雰囲気中で100℃/hの昇温速度で1000℃まで再加熱し、自然放冷することでアニール処理を行い、シリカガラス部材を得た。
実施例1において、SiF4とHe混合ガスの比を30vol%:70vol%としたフッ素ドープ処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、SiF4とHe混合ガスの比を30vol%:70vol%としたドープ処理を行ったことと、得られた薄板を1300℃で1時間のクエンチ処理後に800℃(実施例3)、600℃(実施例4)でアニール処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、SiF4とHe混合ガスの比を8vol%:92vol%としたフッ素ドープ処理を行った以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、SiF4とHe混合ガスの比を8vol%:92vol%としたフッ素ドープ処理を行ったことと、クエンチ処理後に薄板を800℃でアニール処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、クエンチ処理時に薄板を炉体から落下させ常温の水中に浸漬した以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1と同じように作製したスートを炉に入れ、流量20L/minのHeガス雰囲気中、400℃/hの昇温速度で1200℃まで昇温した後、雰囲気ガスをSiF4 25vol%+He 75vol%の混合ガスに切り換え(流量15L/min)、1200℃で3時間保持してフッ素ドープを行った。
前記フッ素ドープ処理終了後、雰囲気はSiF4 20vol%+He 80vol%の混合ガスにして、400℃/hの昇温速度で1400℃まで昇温し、1400℃で2時間保持して透明化処理を行って、直径120mm、長さ230mmのシリカガラスインゴットを得た。
得られたシリカガラスインゴットから作製した薄板(厚さ6.4mm)を大気雰囲気中1300℃で1時間保持後に、炉体から落下させ、常温の水中に浸漬してクエンチ処理を行った。さらにクエンチ処理後に再度大気雰囲気中で100℃/hの昇温速度で600℃まで再加熱し、自然放冷することでアニール処理を行い、シリカガラス部材を得た。
実施例1と同じように作製したスートを炉に入れ、流量20L/minのHeガス雰囲気中、400℃/hの昇温速度で1200℃まで昇温した後、雰囲気ガスをSiF4 35vol%+He 65vol%の混合ガスに切り換え(流量15L/min)、1200℃で3時間保持してフッ素ドープを行った。
前記フッ素ドープ処理終了後、雰囲気はSiF4 20vol%+He 80vol%の混合ガスにして、400℃/hの昇温速度で1400℃まで昇温し、1400℃で2時間保持して透明化処理を行って、直径120mm、長さ230mmのシリカガラスインゴットを得た。
得られたシリカガラスインゴットをゆっくり冷却し1300℃になったところで1時間保持後に、炉体から落下させ、常温の水中に浸漬することでクエンチ処理を行った。さらにクエンチ処理後に再度大気雰囲気中で100℃/hの昇温速度で400℃まで再加熱し、自然放冷することでアニール処理を行い、シリカガラス部材を得た。
実施例1において、SiF4とHe混合ガスの比を5vol%と95vol%としたフッ素ドープ処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、シリカガラスを得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
比較例1において、薄板を1300℃で1時間保持した後にクエンチ処理し、1000℃(比較例2)、800℃(比較例3)でアニール処理を行ったこと以外は、比較例1と同様にして、シリカガラスを得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、クエンチ処理を省略した以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、アニール処理を省略した以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
実施例1において、クエンチ処理及びアニール処理を省略した以外は、実施例1と同様にして、シリカガラス部材を得た。その後、実施例1と同様の試験・評価を行った。
Claims (6)
- 真空紫外光を光源とする光リソグラフィー工程に使用されるシリカガラスであって、フッ素濃度が1wt%以上5wt%以下で、かつ、20℃〜50℃における熱膨張係数が4.0×10-7/K以下であることを特徴とするシリカガラス部材。
- 密度が2.16g/cm3以上2.19g/cm3以下であることを特徴とする、請求項1に記載のシリカガラス部材。
- OH基濃度が10ppm以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシリカガラス部材。
- 仮想温度が1000℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリカガラス部材。
- Fe、Cr、Ni、Cu及びTiの濃度がそれぞれ1wtppm以下であり、かつ、1000℃の温度での粘性率が1014.5dPa・s以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のシリカガラス部材。
- 波長193nmの光の直線透過率が、90%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のシリカガラス部材。
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