[发明专利]石英玻璃部件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石英玻璃部件及其制备方法。详细而言，涉及可适合用于真空紫外波长区内的光刻的光掩模用石英玻璃部件。

背景技术

近年来，在光刻技术中，半导体器件的精细化的要求日益提高，采用通过曝光波长的短波长化或在透镜与晶片之间浸入纯水等的液浸曝光技术来增大用于曝光的透镜的开口数的方法。

若将曝光光的波长记为λ，将表示曝光装置的透镜性能的开口数记为NA，将工艺常数记为k1，则光刻中的分辨率R可用R=k1λ/NA的算式表示，通过缩短曝光波长λ、增大开口数NA、减小加工常数k1，可提高分辨率。

在这里，对于曝光波长λ，从汞灯的g射线(436nm)开始，迄今使用i射线(365nm)、KrF准分子激光(248nm)、ArF准分子激光(193nm)，光源的短波长化在持续。

开口数NA在几何学上表示透镜的大小，在用透镜将曝光光聚焦并在晶片面成像的情况下，用NA=n·sinθ (n表示透镜与晶片间的介质的折射率，θ表示光线的开口角)的算式表示。

在这里，若使用曝光光的波长为193nm的ArF准分子激光，并使用液浸曝光技术，则在将开口数设为1.35且加工常数k1 (k1因子)为0.3的情况下，可达成43nm的分辨率。

此外，对于使用该ArF准分子激光的光刻用的基板，由于低热膨胀性和透光性优异，所以适合使用石英玻璃基板。

作为石英玻璃基板所要求的性能，在使用ArF准分子激光的情况下，可列举出即使暴露于高能量光，透光性也不恶化的耐光性等。另外，在进行液浸曝光的情况下，由于透镜与晶片之间存在的纯水的折射率与抗蚀剂的折射率之差变小，所以光线的开口角变大，偏振的效果成为问题。因此，要求石英玻璃基板为低双折射。其原因在于，若石英玻璃基板具有双折射，则透射的曝光光产生偏振变化，成像性能有时会恶化。

例如，在日本特开2001-180963号公报(专利文献1)中，作为满足上述要求的石英玻璃的制备方法，公开了下述方法：通过对石英玻璃形成原料进行火焰水解(flame hydrolysis)，制备多孔性石英玻璃体(烟粒(soot))，然后利用使之透明化的VAD法制备石英玻璃锭，进而在氢气氛中进行热处理，掺杂OH基和氢，由此提高对ArF准分子激光等的耐光性。

另外，在日本特开2002-316831号公报(专利文献2)中，公开了添加氟的石英玻璃的制备方法：通过利用火焰水解法将形成石英玻璃的玻璃原料制备多孔性石英玻璃体(烟粒)后，实施脱水、添加氟、透明化处理，对于F₂准分子激光等强能量的真空紫外光，透射率或激光耐性提高。对于专利文献2所记载的添加氟的石英玻璃，通过掺杂氟，与只是石英玻璃的情况相比，据信室温附近的热膨胀降低10%左右。

此外，在日本特许第3228676号公报(专利文献3)中，公开了下述方法：通过在真空度为100Pa以下对前述多孔性石英玻璃体(烟粒)进行区域熔融以透明玻璃化后，在含有氧的气体或含有氢的气体的气氛中，实施假想温度设定处理，在照射远紫外线后在波长为165nm下也保持优异的透射率。

另一方面，作为石英玻璃的改性方法，例如在日本特开2006-225249号公报(专利文献4)中，公开了下述方法：作为在制备石英玻璃后追加的处理，通过在特定的条件下实施退火处理来促进玻璃结构的缓和，降低双折射，通过将该退火处理工序的一部分变为氢气氛来进行氢掺杂，提高耐光性。

为了通过使用ArF准分子激光的曝光方法达成43nm以下的分辨率，需要使用双重图案(double patterning)的方法。双重图案为分2次进行曝光的方法，使用该方法，也可达成更精细的器件图案即32nm以下的分辨率。

在使用双重图案进行器件的精细化的情况下，若无法精度良好地在目标图案位置曝光，则会产生图案的偏差，因此在2次光刻之间要求极高的图案重合精度。

因此，对于光掩模用的石英玻璃基板，为了避免由曝光时的热膨胀导致的位置偏差，与以往的石英玻璃相比，要求更低的热膨胀。在这里，双重图案曝光的重合精度指2次曝光的重合精度的总和，各次曝光所要求的重合精度约为3~4nm。另一方面，通常的石英玻璃的热膨胀系数为5.0×10^-7/K~6.0×10^-7/K，随着1K的温度上升，1cm的石英片的伸长为5~6nm，因此很难说要求精度是充分的。因此，光掩模用的石英玻璃基板要求比通常的石英玻璃小的热膨胀。