중수산기-도핑된 실리카 유리, 광학 부재 및 이를 포함하는 리소그래피 시스템, 및 이의 제조방법 document_id A220623064817

상업적으로 이용되는 바와 같이, 융합된 실리카 부재, 예를 들어, 렌즈, 프리즘, 필터, 포토마스크, 반사경, 에탈론 판(etalon plates) 및 창문과 같은 것은 대규모의 제조로에서 만들어진 융합 실리카의 벌크 조각으로부터 제조되어 왔다. 대규모 제조로에서 제조된 융합 실리카의 벌크 조각은 당업계에서 예비 성형체(performs), 볼(boules) 또는 잉곳(ingots)으로 알려져 있으며, 완성된 광학 부재가 유리 블랭크로부터 제조되며, 이용되는 제조공정은, 제한되는 것은 아니나, 블랭크로부터 유리 조각을 절단, 연마, 및/또는 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 많은 광학 부재는 약 300nm 이하의 파장을 갖는 자외선 광, 예를 들어 엑시머 레이저 또는 기타 다른 자외광 레이저 빔에 노출되는 환경에 채용되는 다양한 기구에 사용된다. 상기 광학 부재는 고집적 회로를 제조하기 위한 리소그래피 레이저 노출 장치, 레이저 발생 장치, 의료용 장치, 핵융합 장치 또는 기타 고출력의 자외광 레이저 빔을 사용하는 장치를 포함하는 다양한 기구 내에 포함된다. 광자 에너지로서, 레이저의 펄스 에너지 및 펄스율이 증가함에 따라, 그러한 레이저와 결합되어 사용되는 상기 광학 부재는 증가된 에너지 수준에 노출된다. 융합된 실리카는 이들의 우수한 광학 특성 및 광-유발 손상에 대한 저항성에 의하여 그러한 레이저-기반의 광학 시스템에서 광학 부재로 선택되는 재료로서 폭넓게 사용되고 있다. 레이저 기술은 짧은 파장, 고 에너지 자외선 분광 영역으로 발전해 왔으며, 그러한 효과는 레이저에 의해 발생되는 광의 주파수를 증가시키는(파장을 감소시키는)것이다. 특히 관심은 UV영역 및 딥 UV(DUV)와 진공 UV 파장 영역에서 작동하는 단파장 레이저에 있으며, 이는 제한되는 것은 아니나, 약 248 nm, 193 nm, 157 nm 및 그보다 더 단파장에서 작동하는 레이저를 포함한다. 엑시머 레이저 시스템은 미세 리소그래피 장치에서 대중적이고, 그러한 짧은 파장은 증가된 특성 선명도를 가능하게 하고, 이에 따라 집적 회로 및 마이크로 칩의 제조 상의 선밀도를 증가시키고, 이는 회로 제품이 감소된 최소 배선폭(feature sizes)을 가능하게 한다. 더 짧은 파장(더 높은 주파수)의 직접 물리적 영향은 더 높은 양자 에너지이다. 그러한 광학 시스템에서, 융합된 실리카 광학 부재는 연장된 시간 동안 고 조사 수준에 노출되고, 이는 상기 광학 부재의 광학 특성을 손상시키는 결과를 초래할 것이다. 그러한 광-유발 손상이 광 투과도의 저하, 유리의 탈색, 굴절율의 변화, 밀도의 변동, 및 유리의 흡수율의 증가에 의하여 융합된 실리카 광학 부재의 광학 특성 및 거동에 역 효과가 발생한다는 것은 알려져 있다. 수년 동안, 융합된 실리카 유리의 광 손상 저항을 증진시키기 위해 수 많은 방법이 제안되어 왔다. 화염 가수분해, CVD-수트 재용융 공정, 플라즈마 CVD 공정, 수정 진동자 파우더의 전기 융합 등의 방법에 의하여 제조되는 고 순도 융합 실리카는 다양한 수준의 레이저 손상에 대하여 영향을 받기 쉽다는 것도 일반적으로 알려져 있다. 실리카 유리가 비-편파(non-polarized) 또는 원형 편파(circularly polarized) UV레이저 빔에 노출되게 되면, 보통은 노출광 빔의 주변 영역에서 추가적인 복굴절(유발 엣지 복굴절, induced edge birefringence)이 레이저 빔에 의해 야기된 응력에 의하여 발생하나, 상기 광 빔의 중앙영역에서는, 일반적으로 무시할만한 정도의 유발 복굴절이 일어난다. 최근에 실리카 물질에 대한 레이저 손상의 새로운 현상이 관찰되었다: 실리카 유리가 선형적으로 편파된 딥 UV 레이저 빔에 노출되면 유발 엣지 복굴절, 추가적인 복굴절이 상기 유리의 노출 영역의 중심에서 유발된다는 것이다("편파-유발 복굴절" 또는 "PIB(Polarization-induced birefringence)"). 유발된 복굴절, 특히 편파-유발 복굴절은 특히 액체가 렌즈 시스템의 개구수(numerical aperture)를 확장하기 위하여 라스트 렌즈(last lens)와 웨이퍼 사이의 갭을 매우는 이머젼 리소그래피 시스템과 관련된다. 그러한 이머젼 리소그래피 시스템에서, UV조사의 편파 상태는 제어되어야할 필요가 있고 바람직하게는 선형적으로 편파된다. 유리에서의 유발 복굴절은 UV 조사의 편파 상태를 변화시켜서 위상차(phase contrast) 및 시스템 분해능(system resolution)을 저감시킨다. 따라서 딥 UV 및 진공 UV 이머젼 리소그래피 시스템에서는, 렌즈 부재의 제조에 사용되는 유리 물질이 선형적으로 또는 타원 편파된 UV조사에 노출되는 경우, 낮은 유발 복굴절 손상을 가지며, 특히 낮은 편파 유발 복굴절을 가지고, 또한 낮은 광-유발 파면 왜곡(light-induced wave-front distortion (“LIWFD”)) 및 높은 투과율(transmission)를 갖는 것이 매우 바람직하다. 따라서, 특히 낮은 수준의 편파 유발 복굴절, 낮은 수준의 광-유발 파면 왜곡, 높은 수준의 초기 내부 투과율을 갖는 합성 실리카 물질 및 이의 제조방법의 필요성이 있는 것이다. 본 발명은 리소그래피 장치에 사용되는 합성 실리카 유리에 대한 상술한 필요성을 만족시킨다. 발명의 요약 본 발명에 따른 제1 측면에 의하면, 약 300nm 미만의 파장에서 작동하는 리소그래피 장치의 리소그래피 조사의 광 경로에 사용될 수 있는 OD-도핑 합성 실리카 유리 물질이 제공되며, 이는 OD 및 선택적으로 OH를 포함하고, n(OD)/(n(OD)+n(OH)) 비율이 2x10-4 보다 높다. 본 발명의 제1 측면에 따른 일 구체예에서, 상기 유리는 약 500 중량ppm 미만의 OH 및 약 0.15-1400 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제1 측면에 따른 다른 구체예에서, 상기 유리는 약 150 중량ppm 미만의 OH 및 약 0.1-1400 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 구체예에서, 상기 유리는 약 20 중량ppm 미만의 OH 및 약 0.01-1400 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 구체예에서, 상기 유리는 약 20 중량ppm 미만의 OH 및 약 0.01-300 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 구체예에서, 상기 유리는 약 20 중량ppm 미만의 OH 및 약 0.01-150 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 구체예에서, 상기 유리는 약 1중량ppm 미만의 OH 및 약 0.01-150 ppm의 OD를 포함한다. 본 발명의 제2 측면은 약 300nm 미만의 파장에서 작동하는 리소그래피 장치의 리소그래피 조사의 광 경로에 사용될 수 있는 광학 부재(optical member)로서 상기에서 개략적으로 설명되고, 하기에서 자세히 설명되는 본 발명에 따른 OD-도핑된 합성 실리카 유리를 포함한다. 특정 구체예에서, 상기 광학 부재는 광학 부재의 본체(body)의 적어도 일부분을 통하여 조사(irradiation)가 이동하는 굴절성 광학 부재이다. 다른 특정 구체예에서, 상기 광학 부재는 광학 부재의 표면의 적어도 일부 상에서 조사가 반사되는 반사성(reflective) 광학 부재이다. 본 발명의 제3 측면은 상기에서 개략적으로 설명되고, 하기에서 자세히 설명되는 본 발명에 따른 광학 부재를 포함하는 리소그래피 시스템이다. 특정 구체예에서, 상기 리소그래피 시스템은 이머젼 리소그래피 시스템이다. 상기 리소그래피 시스템은 약 248nm, 193nm 또는 그보다 짧은 파장에서 작동할 것이다. 본 발명의 제4 측면은 약 300nm 미만의 파장에서 작동하는 리소그래피 장치의 리소그래피 조사의 광 경로에 사용될 수 있는 OD-도핑된 합성 실리카 유리 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, (I) 실리카를 포함하는 복수 개의 부속(particles)을 제공하는 단계; (II) 상승된 온도에서 지지 증착 표면상에 상기 복수 개의 부속을 증착하여 상기 부속이 투명한 유리 물질 상태로 강화(consolidate)되는 단계를 포함하며, 여기서, 단계 (I)에서, 상기 제공된 복수 개의 부속은 D를 포함하고, 및/또는 단계 (II)에서, 상기 증착 및 강화는 D-포함 분위기에서 수행되어, 수득된 실리카 유리는 OD 및 선택적으로 OH를 포함하고, n(OD)/(n(OD)+n(OH))의 비율이 2x10-4보다 높아지며, 특정 구체예에서는 바람직하게 약 0.1보다 높고, 다른 구체예에서는 약 0.3보다 높으며, 또 다른 구체예에서는 약 0.5보다 높고, 또 다른 구체예에서는 약 0.8보다 높고, 또 다른 구체예에서는 약 0.9보다 높게 된다. 본 발명의 제5 측면은 약 300nm 미만의 파장에서 작동하는 리소그래피 장치의 리소그래피 조사의 광 경로에 사용될 수 있는 OD-도핑된 합성 실리카 유리 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, (A) 실리카를 함유하는 복수개의 부속(particles)을 포함하는 부속 예비성형체(preform)를 제공하는 단계; (B) 상기 부속 예비성형체를 선택적으로 정화(purifying) 및/또는 건조시키는 단계; (C) 선택적으로 상기 부속 예비성형체를 도핑제로 더욱 도핑하는 단계; (D) 상기 부속 예비성형체를 상승된 온도에서 강화하여 유리를 조밀화(dense)하는 단계; 및 (E) 상기 단계(D)에서 수득된 강화된 유리를 H2, HD 및/또는 D2 의 존재하에서 처리하는 선택적으로 단계를 포함하며, 상기 단계 (A), (B), (C), (D) 및 (E)중 적어도 하나의 단계에서, OD가 유리에 도입되거나, 유리에 형성된다. 본 발명의 제6 측면은 OD-도핑된 합성 실리카 유리를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, (a) 실리카를 포함하는 OD-도핑된 복수개의 부속을 제공하는 단계; 및 (b) 상기 부속을 상승된 온도에서 용융하여 투명한 유리를 수득하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제7 측면은 본 발명의 방법을 수행하는 과정에서 형성되는 부속 예비 성형체로서 상기에서 일반적으로 설명되고 하기에서 자세히 개시된다. 본 발명의 제8 측면은 약 300nm 미만의 파장에서 작동하는 리소그래피 장치의 리소그래피 조사의 광 경로에 사용될 수 있는 OD-도핑 합성 실리카 유리를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, (a) OH를 포함하는 강화된 실리카 유리를 제공하는 단계; (b) 상기 강화된 유리를 D2, H2, 및/또는 HD를 포함하는 분위기에서 처리하여 유리 내에 바람직한 [OH] 및 [OD]로 H/D교환되도록 하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 OD-도핑된 합성 실리카 유리는 약 300nm 미만의 특정 파장, 예를 들어, 193nm에서, 필수적으로 비 OD-도핑된 전통적인 실리카 유리에 비하여 더 높은 광학 거동을 보이는 이점을 갖는다. 본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 하기에 이어지는 발명의 상세한 설명에서 개시될 것이며, 상세한 설명 및 이의 청구범위뿐 아니라 첨부되는 도면에 의하여 개시되는 바에 따라 본 발명을 실시함에 있어 본 발명의 당업자에게는 충분히 명확할 것이다. 전술한 일반적인 설명 및 후술되는 상세한 설명은 본 발명에 대한 단순한 예시이며, 본 발명이 청구하는 특성 및 본질을 이해시키기 위한 개요 및 개괄을 제공하고자 하는 의도임을 이해하여야 한다. 첨부되는 도면은 본 발명의 구체적인 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서의 일부로서 포함된다.