掺杂二氧化钛的石英玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺杂二氧化钛的石英玻璃及其制备方法。通过以下方法制备适合作为EUV光刻部件的所述掺杂二氧化钛的石英玻璃：通过燃烧器喷嘴供给提供硅的反应气体和提供钛的反应气体以及氢气和氧气，使反应气体氧化或火焰水解以形成合成氧化硅-二氧化钛精细颗粒，在旋转靶上沉积二氧化硅-二氧化钛精细颗粒，及同时熔化和玻璃化该沉积的颗粒以生长掺杂二氧化钛的石英玻璃锭。缩回靶以保证锭生长前沿距离燃烧器喷嘴至少250mm。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于在EUV光刻技术中使用的掺杂二氧化钛的石英玻璃，及其制备方法。
技术介绍
在用于制造半导体器件的先进光刻处理中，较短波长的光源用于曝光。随后采用超紫外线(EUV)的光刻被认为是有前途的。由于EUV光刻技术采用反射光学系统，所以即使由引入其中的热所导致的光刻光学系统中每一个部件(例如基材)的轻微热膨胀，都将对光刻精度产生不利影响。因此，例如反射镜、掩模、工作台等部件都必须由低膨胀材料制成。已知掺杂二氧化钛的石英玻璃是典型的低膨胀材料。添加一定量的二氧化钛可使石英玻璃的热膨胀最小化。EUV光刻部件还必须具有均匀的低热膨胀分布。为了获得均匀的低热膨胀分布，首要的是，使石英玻璃以均匀浓度掺杂二氧化钛。例如，JP-A 2004-315351公开了掺杂二氧化钛的石英玻璃，其中在30mmX 30mm范围内的最大和最小的TiO2浓度差为小于或等于O. 06 重量％，并且在30mmX 30mm范围内随着石英玻璃中TiO2浓度变化的折射率变化(An)小于或等于2X10'还已知在掺杂二氧化钛的石英玻璃中的OH基团浓度是对掺杂二氧化钛的石英玻璃的低热膨胀具有影响的物理性能之一。例如，WO 2005/114328公开了具有平均OH含量为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含量变化平均值在主要功能方向区域中不超过±50ppm。于是石英玻璃的光学和热学性能尽可能保持均匀。JP-A 2005-022954描述了玻璃假想温度与零膨胀温度范围的区域有关，零膨胀温度范围是指玻璃的热膨胀系数(CTE)几乎变为零(O)的温度范围。为了拓宽零膨胀温度范围，假想温度为优选至多950°C，更优选至多900°C，更加优选850°C。由于玻璃中高OH基团浓度显示了快速结构松弛，所以具有足够引起温度分布的大直径的玻璃坯料的制造趋向于产生假想温度分布。因此，OH基团浓度为优选至多600ppm,更优选至多400ppm,更加优选至多200ppm。此外，如果OH基团浓度在宽范围内变化，结构松弛时间可能在不同位置显著变化，引起假想温度的差别。因此，在掺杂二氧化钛的石英玻璃中OH基团浓度的变化优选在50ppm以内，更优选在30ppm以内，更加优选在IOppm以内。如上所述，在渗杂二氧化钛的石英玻璃中OH基团浓度对低热膨胀具有重大影响。 因此认为限定掺杂二氧化钛的石英玻璃中OH基团浓度的绝对量和分布是重要的。WO 2005/114328同样涉及双折射。在优选实施方案中，正交于主要功能方向(或者柱镜轴)在633nm处的最大应力双折射(SDB)不超过5nm/cm,并且最大应力双折射的大部分具有不超过50 (nm/cm) /cm的梯度。JP-A 2008-182220描述了从与材料中应力量成比例的延迟所计算出的玻璃材料的峰-谷条纹水平或RMS条纹水平。由于条纹水产对由玻璃制造的透镜或窗元件的光透过率具有不利影响，所以需要降低峰-谷条纹水平或RMS条纹水平。WO 2006/004169公开了含有TiO2的氧化硅玻璃，其中在400至700nm波长范围内， 每Imm厚度的内部透过率为至少70 %，并且在300至3000nm波长范围内，每Imm厚度的内部透过率为至少70%。如果内部透过率小于70%，则可能在观察或评价中产生不便，使得不太可能溶易地进行通过采用激光干涉仪的测量装置来控制均匀性或表面平滑度的观察。 此外，在使可见光或红外光通过其中的组件的情况下，透射光强度下降。如上所述，低膨胀材料(特别是用作EUV光刻光学部件)必须满足众多物理性能数值，使得材料具有低热膨胀和表面平滑度。当采用石英玻璃作为EUV光刻部件时，该玻璃必须满足低热膨胀的均匀性。影响掺杂二氧化钛的石英玻璃的低热膨胀均匀性的因素包括掺杂剂二氧化钛浓度、杂质浓度、 假想温度等。通过使这些因素抵消或通过使这些因素的每一个均匀可实现整体玻璃的低热膨胀均匀性。引用列表专利文件I JP-A 2004-315351专利文件2:W0 2005/114328 CJP-A 2008-505827)专利文件3 JP-A 2005-022954专利文件4 JP-A 2008-182220 (USP 7053017)专利文件5:W0 2006/004169 (JP-A 2008-505043)
技术实现思路
经过对用于E U V光刻光学部件的掺杂二氧化钛的石英玻璃的持续研究，专利技术入发现即使将具有调节至其特定范围的TiO2浓度、折射率、OH基团浓度、双折射和在 300-3000nm范围内的内部透过率的石英玻璃仍不足以作为EUV光刻光学部件。特别是，当吸收限波长不一致并且具有分布时，石英玻璃在作为EUV光刻部件的工作过程中趋向于经历热滞后。因此，本专利技术的一个目的是提供掺杂二氧化钛的石英玻璃及其制造方法，该掺杂二氧化钛的石英玻璃具有每5_厚度表观透射率的吸收限波长的最小化分布，并且适合用作EUV光刻部件。在一方面，本专利技术提供制备掺杂二氧化钛的石英玻璃的方法，包括如下步骤通过燃烧器嘴与可燃气体和助燃气体一起供给提供硅的反应气体和提供钛的反应气体，使反应气体进行氧化或火焰水解以形成合成的氧化硅-二氧化钛细颗粒，在旋转靶上沉积该氧化硅-二氧化钛细颗粒，且同时熔化和玻璃化该沉积的颗粒以生长掺杂二氧化钛的石英玻璃锭。该方法还包括以使得燃烧器嘴和锭生长前沿之间的距离可为至少250mm的速率缩回靶的步骤。在优选的实施方案中，在靶上生长的锭具有生长轴，该燃烧器包含具有喷嘴轴的中央管(用于供给反应气体)，并且该燃烧器相对于该靶定位，使得在生长轴和喷嘴轴之间的角度至少为126度。在优选实施方案中，燃烧器包含包括用于供给反应气体的中央管的中央多重管部分，和围绕中央多重管部分的多喷嘴部分。通过燃烧器供给作为助燃气体的氧气和作为燃烧气体的氢气使得在多喷嘴部分和中央多重管部分中的至少一个内可获得超过化学计量比的氧。还优选地，供给步骤包括将作为燃烧气体的氢气通过燃烧器以至多lOOm/sec的线速度喷射，并且以至少30m/sec的线速度喷射反应气体。更优选地，在以不同流量供给提供硅的反应气体、提供钛的反应气体、燃烧气体、 助燃气体的步骤中，将每一种气体的流量控制在以体积计土 I %的变化范围内。在另一方面，本专利技术提供一种掺杂二氧化钛的石英玻璃，其具有每5mm厚度表观透射率的吸收限波长，且该吸收限波长分布小于或等于10nm。在优选实施方案中，每5mm厚度表观透射率的吸收限波长是大于或等于270nm。在优选实施方案中，每5mm厚度表观透射率在350至800nm波长处大于或等于70 %。在优选实施方案中，除钛以外的金属杂质的总含量小于或等于lOOppb。在优选实施方案中，掺杂二氧化钛的石英玻璃具有小于或等于5 X IO17分子/cm3的氢分子浓度；包含以重量计3至 10%的二氧化钛；具有低于或等于925°C的假想温度；和/或具有小于或等于50°C的假想温度分布。本专利技术还提供一种EUV光刻部件，其包括如上所限定的掺杂二氧化钛的石英玻璃。该部件典型是EUV光刻光掩模基材。专利技术有益效果本专利技术的一个实施方案是具有每5mm厚度表观透射率的吸收限波长最小化分布的掺杂二氧化钛的石英玻璃，其最适合用作EUV光刻部件。附图概述附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：毎田繁，大塚久利，关泽修，柳泽直树，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：