Método de producción de vidrio de cuarzo sintético para láser de excímeros.

Método de producción de un vidrio de cuarzo sintético, adecuado para uso con un láser de excímeros,

quecomprende las etapas de:

depositar partículas de sílice sobre un objetivo en un horno de sinterización al vacío para formar un material basede sílice porosa, obteniéndose las partículas de sílice sometiendo un material de partida que contiene silicio ahidrólisis en fase de vapor o descomposición oxidativa en una llama de oxihidrógeno;

vitrificar el material base de sílice porosa, y

someter el material vitrificado a formación en caliente, un tratamiento de recocido y un tratamiento de dopado conhidrógeno

caracterizado por que

un procedimiento de calentamiento para dicha vitrificación del material base de sílice porosa comprende lasetapas de:

(a) controlar el vacío a una presión de 20,0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 400 °C inclusive a900 °C exclusive;

(b) controlar el vacío a una presión de 10,0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 900 °C inclusive a1100 °C exclusive, y

(c) controlar el vacío a una presión de 3,0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 1100 °C a latemperatura de vitrificación transparente para el vidrio.

Método de producción de vidrio de cuarzo sintético para láser de excímeros

Campo técnico [0001] La presente invención se refiere a un método de producción de un vidrio de cuarzo sintético para un láser de excímeros, particularmente para un láser excímeros de ArF.

Antecedentes [0002] Como se sabe bien, el grado de integración de los circuitos integrados semiconductores ha aumentado extraordinariamente en los últimos años. Según esa tendencia, en los procedimientos litográficos para la producción de dispositivos semiconductores, se ha desarrollado el cambio hacia longitudes de onda más cortas de fuentes 15 luminosas de exposición. En la actualidad, la corriente principal es la fotolitografía en la cual se usan láseres de excímeros que varían del láser del excímeros de KrF (248, 3 nm) al láser de excímeros de ArF (193, 4 nm) . A partir de este momento, se considera el desarrollo de la introducción de una técnica de inmersión para conseguir un mayor valor de NA, que consiga un perfeccionamiento o miniaturización adicional de los dispositivos semiconductores. Además, se considera el desarrollo del aumento del rendimiento del láser de excímeros de ArF que se usa como fuente luminosa, con el fin de aumentar el rendimiento durante la producción de dispositivos semiconductores.

Según la tendencia hacia fuentes luminosas con longitudes de onda más cortas y lentes con valores de NA mayores, se necesita un mayor aumento de la precisión en tales elementos ópticos que se usan en aparatos de exposición tales como lentes, ventanas, prismas, y vidrios de cuarzo sintético para fotomáscaras. En especial, con respecto al láser de excímeros de ArF, existe una multiplicidad de requisitos importantes tales como alta transmitancia en el ultravioleta (UV) , alta uniformidad de las propiedades de transmisión, y estabilidad y uniformidad de la transmitancia en el momento de la irradiación con un láser de excímeros. Además, dependiendo de la adopción de iluminación polarizada, se necesita también la reducción de la birrefringencia en el plano.

Con respecto a la transmitancia de rayos UV, en el láser de excímeros de ArF, por ejemplo, la transmitancia de rayos de una longitud de onda de 193, 4 nm es la más importante. En el caso del vidrio de cuarzo sintético, la transmitancia de rayos en el intervalo de longitud de onda de aproximadamente 193, 4 nm disminuye según el contenido de impurezas. Ejemplos habituales de impurezas son metales alcalinos tales como Na, y elementos metálicos tales como Cu y Fe. En la producción de vidrio de cuarzo sintético se puede usar como material de partida un silano o silicona que tenga una pureza extremadamente alta, conforme a lo cual la concentración de impurezas metálicas en el vidrio de cuarzo sintético resultante se puede disminuir a un nivel tal (< 1 ppb) que no sea detectable incluso aunque se mida usando un detector de alta sensibilidad. En el caso de Na y Cu, sin embargo, sus coeficientes de difusión en vidrio de cuarzo sintético son comparativamente elevados, de modo que en numerosos casos el Na y el Cu se pueden difundir y mezclar externamente en el producto durante un tratamiento térmico. Por lo tanto, estos tratamientos se tienen que llevar a cabo con un cuidado especial para reducir la posibilidad de tal contaminación.

Además de las impurezas, también se conoce que los defectos estructurales en el vidrio de cuarzo sintético tienen influencia sobre la transmitancia. Ejemplos habituales de defectos son la vacancia de oxígeno y el exceso de 45 oxígeno en la estructura Si-O-Si que constituye el vidrio de cuarzo sintético, tales como defectos del tipo vacancia de oxígeno (Si-Si; con absorción a 245 nm) y defectos del tipo exceso de oxígeno (Si-O-O-Si; con absorción a 177 nm) . En el caso de productos de vidrio de cuarzo sintético para rayos UV, los productos de vidrio en los cuales están presentes estos defectos a un nivel tal que se pueda medir mediante espectrometría general, se tienen que excluir al menos desde el principio.

Los defectos estructurales en vidrio de cuarzo, tales como los defectos del tipo vacancia de oxígeno y los defectos del tipo exceso de oxígeno, no sólo disminuirán la transmitancia a longitudes de onda de 300 nm o inferiores sino que también producirán una disminución en la estabilidad del vidrio de cuarzo en el momento de la irradiación con un láser de excímeros. Particularmente, se dice que el daño producido por un láser de excímeros de 55 ArF en el vidrio de cuarzo es cinco veces mayor que el producido por un láser de excímeros de KrF; por lo tanto, esto es un factor muy importante cuando se busca vidrio de cuarzo para lentes de aparatos de exposición o similares.

En el caso en el que se irradia vidrio de cuarzo sintético con un láser de excímeros de ArF, este produce un 60 fenómeno en el que los defectos de tipo vacancia de oxígeno se escinden debido a la energía muy intensa de la luz del láser para generar defectos paramagnéticos denominados centros E’ (centro E prima) , que producen absorción a 215 nm. Esto conduce a una disminución en la transmitancia del vidrio de cuarzo sintético a una longitud de onda de 193, 4 nm. Además, se conoce que la generación de centros E’ produce la reorganización de la estructura reticular del vidrio de cuarzo, dando como resultado un fenómeno denominado "compactación por láser" en el que aumentan la densidad y el índice de refracción.

Se conoce que para aumentar la estabilidad del vidrio de cuarzo sintético frente a la irradiación con un láser,

es extremadamente efectivo reducir los defectos intrínsecos del vidrio de cuarzo sintético mencionados anteriormente y, simultáneamente, ajustar la concentración de moléculas de hidrógeno en el vidrio de cuarzo sintético hasta un cierto nivel o superior. Además, se conoce bien el hecho de que las moléculas de hidrógeno en el vidrio de cuarzo sintético dificultan el daño en el vidrio de cuarzo sintético debido a la irradiación con un láser de excímeros y es objeto de intensas investigaciones, desde que se mostró en el documento JP-A H01-212247.

Por otra parte, en los últimos años, se ha convertido en un problema el fenómeno denominado "rarefacción por láser", en el que disminuyen la densidad y el índice de refracción del vidrio de cuarzo, al contrario que en la compactación por láser. Se considera que la rarefacción por láser surge de los grupos OH presentes en el vidrio de cuarzo. Por lo tanto, se dice que es preferente usar vidrio de cuarzo sintético que tenga una baja concentración de grupos OH, como en el caso del vidrio de cuarzo que se emplea en litografía con láser de excímeros de ArF, particularmente, en litografía de inmersión en la que se usa una fuente de luz polarizada.

El vidrio de cuarzo sintético con una baja concentración de grupos OH se produce generalmente mediante un procedimiento denominado procedimiento de hollín o procedimiento indirecto, en el cual las partículas de sílice obtenidas por hidrólisis de llama de un material de partida de sílice se depositan y crecen, seguido de calentamiento a presión reducida (vacío) para vitrificar el material depositado y crecido en un vidrio transparente.

También se han desvelado vidrios de cuarzo sintético para láser de excímeros de ArF que se producen mediante el procedimiento de hollín, por ejemplo, en los documentos JP-A 2003-221245 (EP-A-1340722) y JP-A

2005-179088 (EP-A-1695375) , en los que el vidrio de cuarzo sintético tiene una baja concentración de grupos OH, y no presentan defectos estructurales tales como los defectos de tipo vacancia de oxígeno, y en los cuales se restringe la generación de compactación y rarefacción.

El documento JP-A H09-059034 muestra que el vidrio de cuarzo que tiene una baja concentración de grupos OH y que tiene pocos defectos de tipo vacancia de oxígeno se obtiene mediante un procedimiento en el cual se sintetiza un cuerpo de vidrio de cuarzo poroso a partir de un compuesto de silicio de alta pureza mediante reacciones químicas en fase de vapor, se trata térmicamente el cuerpo de vidrio de cuarzo poroso en una atmósfera que contiene oxígeno, y después de esto el cuerpo de vidrio se vitrifica al vacío en un vidrio transparente.

El documento JP-A 2005-067913 muestra que, para restringir la generación de efectos de tipo vacancia de oxígeno y defectos de tipo exceso de oxígeno cuando se sintetizan partículas de sílice mediante el procedimiento de hollín, es necesario ajustar la proporción molar de H2 con respecto a O2 (H2/O2) en un intervalo de 2, 0 a 3, 0. Se ha encontrado, sin embargo, que en la producción de vidrio de cuarzo sintético que tiene una baja concentración de... [Seguir leyendo]

1. Método de producción de un vidrio de cuarzo sintético, adecuado para uso con un láser de excímeros, que comprende las etapas de:

depositar partículas de sílice sobre un objetivo en un horno de sinterización al vacío para formar un material base de sílice porosa, obteniéndose las partículas de sílice sometiendo un material de partida que contiene silicio a hidrólisis en fase de vapor o descomposición oxidativa en una llama de oxihidrógeno; vitrificar el material base de sílice porosa, y

someter el material vitrificado a formación en caliente, un tratamiento de recocido y un tratamiento de dopado con hidrógeno caracterizado por que un procedimiento de calentamiento para dicha vitrificación del material base de sílice porosa comprende las etapas de: 15

(a) controlar el vacío a una presión de 20, 0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 400 °C inclusive a 900 °C exclusive;

(b) controlar el vacío a una presión de 10, 0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 900 °C inclusive a 1100 °C exclusive, y

(c) controlar el vacío a una presión de 3, 0 Pa o inferior en el intervalo de temperatura de 1100 °C a la temperatura de vitrificación transparente para el vidrio.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 donde la humedad en el exterior del horno de sinterización al vacío se mantiene a un 60% de HR o inferior durante la vitrificación del material base de sílice porosa. 25

3. Métodode acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 donde al vidrio de cuarzo sintético se le da forma de un elemento óptico tal como una lente, ventana, prisma o sustrato de fotomáscara.

4. Métodode acuerdo con la reivindicación 3 donde el elemento óptico se incorpora a un aparato de láser de 30 excímeros.

5. Métodode acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde antes de dicha etapa (a) del procedimiento de vitrificación, el material base de sílice porosa se calienta para la desorción de agua a una temperatura no superior a 400 °C durante al menos 30 minutos.

6. Métodode acuerdo con la reivindicación 5 donde dicha temperatura de calentamiento para la desorción de agua está en el intervalo de 150 °C a 350 °C.

7. Métodode acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la etapa de formación en caliente

comprende la formación del lingote de material vitrificado en una forma deseada en un intervalo de temperatura de 1700 a 1900 °C.

8. Métodode acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la forma de vidrio formada en caliente se recuece en un intervalo de temperatura de 1000 a 1300 °C. 45

9. Métodode cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el vidrio formado en caliente y recocido se corta o mecaniza y a continuación se pule antes del tratamiento de dopado con hidrógeno.

10. Métodode cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el tratamiento de dopado con hidrógeno es en un

intervalo de temperatura de 200 a 500 °C y al menos a presión atmosférica en una atmósfera que contiene hidrógeno.

11. Métodode cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el vidrio de cuarzo sintético tiene una concentración de grupos OH de 5 a 40 ppm. 55

12. Métodode acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el láser de excímeros es un láser de excímeros de ArF.

13. Métodode acuerdo con la reivindicación 10 donde la frecuencia del láser de excímeros de ArF es no inferior a 4 60 kHz.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden 5 excluir errores u omisiones y la EPO niega toda responsabilidad en este sentido.

Documentos de patentes citados en la descripción Literatura diferente de patentes citadas en la descripción