摻雜二氧化鈦的石英玻璃及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種摻雜二氧化鈦的石英玻璃及其制備方法。通過以下方法制備適合作為EUV光刻部件的所述摻雜二氧化鈦的石英玻璃：通過燃燒器噴嘴供給提供硅的反應氣體和提供鈦的反應氣體以及氫氣和氧氣，使反應氣體氧化或火焰水解以形成合成氧化硅-二氧化鈦精細顆粒，在旋轉靶上沉積二氧化硅-二氧化鈦精細顆粒，及同時熔化和玻璃化該沉積的顆粒以生長摻雜二氧化鈦的石英玻璃錠。縮回靶以保證錠生長前沿距離燃燒器噴嘴至少250mm。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種適用于在EUV光刻技術中使用的摻雜二氧化鈦的石英玻璃，及其制備方法。
技術介紹
在用于制造半導體器件的先進光刻處理中，較短波長的光源用于曝光。隨后采用超紫外線(EUV)的光刻被認為是有前途的。由于EUV光刻技術采用反射光學系統，所以即使由引入其中的熱所導致的光刻光學系統中每一個部件(例如基材)的輕微熱膨脹，都將對光刻精度產生不利影響。因此，例如反射鏡、掩模、工作臺等部件都必須由低膨脹材料制成。已知摻雜二氧化鈦的石英玻璃是典型的低膨脹材料。添加一定量的二氧化鈦可使石英玻璃的熱膨脹最小化。EUV光刻部件還必須具有均勻的低熱膨脹分布。為了獲得均勻的低熱膨脹分布，首要的是，使石英玻璃以均勻濃度摻雜二氧化鈦。例如，JP-A 2004-315351公開了摻雜二氧化鈦的石英玻璃，其中在30mmX 30mm范圍內的最大和最小的TiO2濃度差為小于或等于O. 06 重量％，并且在30mmX 30mm范圍內隨著石英玻璃中TiO2濃度變化的折射率變化(An)小于或等于2X10'還已知在摻雜二氧化鈦的石英玻璃中的OH基團濃度是對摻雜二氧化鈦的石英玻璃的低熱膨脹具有影響的物理性能之一。例如，WO 2005/114328公開了具有平均OH含量為700至IOOOwt ppm的石英玻璃坯料，其中在石英玻璃坯料厚度上的OH含量變化平均值在主要功能方向區域中不超過±50ppm。于是石英玻璃的光學和熱學性能盡可能保持均勻。JP-A 2005-022954描述了玻璃假想溫度與零膨脹溫度范圍的區域有關，零膨脹溫度范圍是指玻璃的熱膨脹系數(CTE)幾乎變為零(O)的溫度范圍。為了拓寬零膨脹溫度范圍，假想溫度為優選至多950°C，更優選至多900°C，更加優選850°C。由于玻璃中高OH基團濃度顯示了快速結構松弛，所以具有足夠引起溫度分布的大直徑的玻璃坯料的制造趨向于產生假想溫度分布。因此，OH基團濃度為優選至多600ppm,更優選至多400ppm,更加優選至多200ppm。此外，如果OH基團濃度在寬范圍內變化，結構松弛時間可能在不同位置顯著變化，引起假想溫度的差別。因此，在摻雜二氧化鈦的石英玻璃中OH基團濃度的變化優選在50ppm以內，更優選在30ppm以內，更加優選在IOppm以內。如上所述，在滲雜二氧化鈦的石英玻璃中OH基團濃度對低熱膨脹具有重大影響。 因此認為限定摻雜二氧化鈦的石英玻璃中OH基團濃度的絕對量和分布是重要的。WO 2005/114328同樣涉及雙折射。在優選實施方案中，正交于主要功能方向(或者柱鏡軸)在633nm處的最大應力雙折射(SDB)不超過5nm/cm,并且最大應力雙折射的大部分具有不超過50 (nm/cm) /cm的梯度。JP-A 2008-182220描述了從與材料中應力量成比例的延遲所計算出的玻璃材料的峰-谷條紋水平或RMS條紋水平。由于條紋水產對由玻璃制造的透鏡或窗元件的光透過率具有不利影響，所以需要降低峰-谷條紋水平或RMS條紋水平。WO 2006/004169公開了含有TiO2的氧化硅玻璃，其中在400至700nm波長范圍內， 每Imm厚度的內部透過率為至少70 %，并且在300至3000nm波長范圍內，每Imm厚度的內部透過率為至少70%。如果內部透過率小于70%，則可能在觀察或評價中產生不便，使得不太可能溶易地進行通過采用激光干涉儀的測量裝置來控制均勻性或表面平滑度的觀察。 此外，在使可見光或紅外光通過其中的組件的情況下，透射光強度下降。如上所述，低膨脹材料(特別是用作EUV光刻光學部件)必須滿足眾多物理性能數值，使得材料具有低熱膨脹和表面平滑度。當采用石英玻璃作為EUV光刻部件時，該玻璃必須滿足低熱膨脹的均勻性。影響摻雜二氧化鈦的石英玻璃的低熱膨脹均勻性的因素包括摻雜劑二氧化鈦濃度、雜質濃度、 假想溫度等。通過使這些因素抵消或通過使這些因素的每一個均勻可實現整體玻璃的低熱膨脹均勻性。引用列表專利文件I JP-A 2004-315351專利文件2:W0 2005/114328 CJP-A 2008-505827)專利文件3 JP-A 2005-022954專利文件4 JP-A 2008-182220 (USP 7053017)專利文件5:W0 2006/004169 (JP-A 2008-505043)
技術實現思路
經過對用于E U V光刻光學部件的摻雜二氧化鈦的石英玻璃的持續研究，專利技術入發現即使將具有調節至其特定范圍的TiO2濃度、折射率、OH基團濃度、雙折射和在 300-3000nm范圍內的內部透過率的石英玻璃仍不足以作為EUV光刻光學部件。特別是，當吸收限波長不一致并且具有分布時，石英玻璃在作為EUV光刻部件的工作過程中趨向于經歷熱滯后。因此，本專利技術的一個目的是提供摻雜二氧化鈦的石英玻璃及其制造方法，該摻雜二氧化鈦的石英玻璃具有每5_厚度表觀透射率的吸收限波長的最小化分布，并且適合用作EUV光刻部件。在一方面，本專利技術提供制備摻雜二氧化鈦的石英玻璃的方法，包括如下步驟通過燃燒器嘴與可燃氣體和助燃氣體一起供給提供硅的反應氣體和提供鈦的反應氣體，使反應氣體進行氧化或火焰水解以形成合成的氧化硅-二氧化鈦細顆粒，在旋轉靶上沉積該氧化硅-二氧化鈦細顆粒，且同時熔化和玻璃化該沉積的顆粒以生長摻雜二氧化鈦的石英玻璃錠。該方法還包括以使得燃燒器嘴和錠生長前沿之間的距離可為至少250mm的速率縮回靶的步驟。在優選的實施方案中，在靶上生長的錠具有生長軸，該燃燒器包含具有噴嘴軸的中央管(用于供給反應氣體)，并且該燃燒器相對于該靶定位，使得在生長軸和噴嘴軸之間的角度至少為126度。在優選實施方案中，燃燒器包含包括用于供給反應氣體的中央管的中央多重管部分，和圍繞中央多重管部分的多噴嘴部分。通過燃燒器供給作為助燃氣體的氧氣和作為燃燒氣體的氫氣使得在多噴嘴部分和中央多重管部分中的至少一個內可獲得超過化學計量比的氧。還優選地，供給步驟包括將作為燃燒氣體的氫氣通過燃燒器以至多lOOm/sec的線速度噴射，并且以至少30m/sec的線速度噴射反應氣體。更優選地，在以不同流量供給提供硅的反應氣體、提供鈦的反應氣體、燃燒氣體、 助燃氣體的步驟中，將每一種氣體的流量控制在以體積計土 I %的變化范圍內。在另一方面，本專利技術提供一種摻雜二氧化鈦的石英玻璃，其具有每5mm厚度表觀透射率的吸收限波長，且該吸收限波長分布小于或等于10nm。在優選實施方案中，每5mm厚度表觀透射率的吸收限波長是大于或等于270nm。在優選實施方案中，每5mm厚度表觀透射率在350至800nm波長處大于或等于70 %。在優選實施方案中，除鈦以外的金屬雜質的總含量小于或等于lOOppb。在優選實施方案中，摻雜二氧化鈦的石英玻璃具有小于或等于5 X IO17分子/cm3的氫分子濃度；包含以重量計3至 10%的二氧化鈦；具有低于或等于925°C的假想溫度；和/或具有小于或等于50°C的假想溫度分布。本專利技術還提供一種EUV光刻部件，其包括如上所限定的摻雜二氧化鈦的石英玻璃。該部件典型是EUV光刻光掩模基材。專利技術有益效果本專利技術的一個實施方案是具有每5mm厚度表觀透射率的吸收限波長最小化分布的摻雜二氧化鈦的石英玻璃，其最適合用作EUV光刻部件。附圖概述附本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：毎田繁，大塚久利，關澤修，柳澤直樹，
申請(專利權)人：信越化學工業株式會社，
類型：發明
國別省市：