KR100319001B1

KR100319001B1 - 플라즈마 초점 고에너지 포톤 소스

Info

Publication number: KR100319001B1
Application number: KR1020000012713A
Authority: KR
Inventors: 파틀로윌리엄엔.; 포멘코프이고르브이.; 벅스다니엘엘.
Original assignee: 아킨스 로버트 피.; 사이머 인코포레이티드
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2002-01-04
Also published as: KR20000076846A; JP2001042098A; US6541786B1; EP1047288B1; EP1047288A2; EP1047288A3; TW469756B

Abstract

고 에너지 광자원. 한 쌍의 플라즈마 핀치 전극이 진공 챔버에 위치되어 있다. 요구되는 스펙트럼 라인을 제공하기 위해 선택되는 활성가스와 불활성 버퍼 가스를 포함하는 작용가스. 펄스 전력원은 활성가스의 스펙트럼 라인에서 방사를 제공하는 작용가스에서 고 밀도 플라즈마 핀치, 초 고온을 발생하기 위해 전극간의 전기 방전을 발생시키기에 충분히 높은 전압에서 전기 펄스를 제공한다. 외부의 반사 방사 컬렉터-디렉터는 플라즈마 핀치에서 발생된 방사를 수집하고 요구되는 방향으로 방사를 향하게 한다. 바람직한 실시예에서, 활성가스는 리튬이고 완충가스는 헬륨이며 방사 컬렉터-디렉터는 전극에 사용되는 물질로 코팅된다. 양호하게 선택되는 물질은 텅스텐이다. 제 2의 바람직한 실시예에서 완충가스는 아르곤이고 리튬가스는 동축의 전극 구성의 중심전극 축을 따라 홀에 위치된 고형 또는 액체 리튬의 증기화에 의해 발생된다. 기타 바람직한 실시예에서는 방사 컬렉터-디렉터 상부로 원추형 내포 파편 컬렉터가 사용된다.

Description

플라즈마 초점 고에너지 포톤 소스{PLASMA FOCUS HIGH ENERGY PHOTON SOURCE}

본 발명은 고에너지 포톤 소스에 관한 것으로, 특히, 고신뢰성 x-레이 및 고에너지 자외선 소스에 관한 것이다.

반도체 산업은 더 소형의 집적회로 크기를 프린트할 수 있는 리소그래피 기술을 계속해서 개발해왔다. 이들 시스템은 고신뢰성, 비용 효과적인 스루풋, 및 합리적인 공정 방식을 가져야 한다. 집적회로 제조 산업은 수은 G-라인(436nm) 및 I-라인(365nm) 노출 소스에서 248nm 및 193nm 엑시머 레이저 소스로 현재 변화하고 있다. 이러한 전이는 초점 심도에서의 최소 손실을 갖는 높은 리소그래피 해상도에 대한 요구에 의해 촉진되었다.

집적회로 산업의 요구는 193nm 노출소스의 해상능력을 곧 초과할 것이므로, 193nm보다 상당히 더 짧은 파장에서의 신뢰성있는 노출 소스를 요구할 것이다. 엑시머 라인은 157nm에 있지만, 이 파장에서 충분한 전송 및 충분히 높은 광학특성을 갖는 광학 물질은 얻기 어렵다. 모든 반사 광학 시스템은 전송 시스템보다 작은 개구수를 요구한다. 더 작은 NA에 의해 생긴 해상도에서의 손실은 큰 인자만큼 파장을 줄임으로써만 만들어질 수 있다. 따라서, 광학 리소그래피의 해상도가 193nm 또는 157nm로 얻어진 것 이상으로 향상되어야 한다면, 10nm의 범위에서의 광소소가 요구될 것이다.

고에너지 자외선 및 x-레이 소스에 관한 기술의 현상태는 레이저 빔, 전자 또는 다른 입자를 사용하여 다양한 타켓 물질에 충격을 가함으로써 만들어진 플라즈마를 사용한다. 고체 타켓이 사용되어 왔지만, 고체타겟의 어블레이션(ablation)에 의해 만들어진 파편은 생산라인 동작에 대해 의도된 시스템의 다양한 구성요소상에 결정적인 효과를 준다. 파편 문제에 제안된 해결책은 냉동 액체 및 냉동 가스를 사용하는 것이며, 그 결과, 파편은 광학 장치를 도금하지 않을 것이다. 그러나, 이들 시스템은 생산 라인 시스템에 실용가능함을 증명하지 못했다.

x-레이 및 고에너지 자외선 방사는 플라즈마 핀치 동작에서 제조될 수 있다. 플라즈마 핀치에서, 전기전류는 수개의 가능한 배치중의 하나로 플라즈마를 통과시킴으로써, x-레이 및 고에너지 자외선 방사의 결과로 생긴 생성물 및 이온으로부터 외부 전자를 실질적으로 박탈하기 위해, 충분한 에너지를 사용하여, 흐르는 전자전류에 의해 만들어진 자기장이 플라즈마에서의 전자 및 이온을 미소한 체적속으로 가속시킨다. 플라즈마의 집속 및 핀칭으로부터의 고에너지 생성을 위한 다양한 종래기술은 다음 특허에서 개시되어 있다.

전형적인 종래기술의 플라즈마 집속 장치는 근접 x-레이 리소그래피에 적합한 큰 양의 방사를 생성할 수 있지만, 펄스 전기 에너지 요구에 큰 반복속도, 및 단명의 내부 구성요소에 제한을 받는다. 이들 시스템에 대한 저장된 전기 에너지 요구는 1kJ 내지 100 kJ의 범위내에 있다. 전형적으로 반복속도는 초당 수 펄스를 초과하지 않는다.

고반복속도에서 동작하는 고에너지 자외선 및 x-방사를 만드는 단순 시스템, 생산 라인 신뢰성이 요구되며, 및 파편 형성과 관련된 종래기술의 문제를 피하는 것이 요구된다.

발명의 개요

본 발명은 고에너지 포톤 소스를 제공하는 것이다. 한 쌍의 플라즈마 핀치전극이 진공 챔버내에 위치되어 있다. 챔버는 원하는 스펙트럼선을 제공하기 위해 선택된 비활성 완충 가스 및 활성 가스을 포함하는 동작가스를 포함한다. 펄스 전력원는 활성 가스의 스펙트럼 선에서 방사를 제공하는 동작가스에서의 고밀도, 극고온 플라즈마 핀치를 만들기 위해, 전극사이의 전기 방전을 만들기에 충분히 높은 전압에서 전기 펄스를 만든다. 외부 반사선 컬렉터-디렉터는 플라즈마 핀치에서 만들어진 방사를 모으며, 원하는 방향으로 방사를 전도한다. 바람직한 실시예에서, 동작 가스는 리튬 증기이며, 완충 가스는 헬륨이며, 방사 컬렉터는 높은 그레이징 입사반사율을 갖는 물질로 만들어지며 코팅된다. 리플렉터 물질에 대한 좋은 선택은 몰리브덴, 백금, 루테늄, 금, 또는 텅스텐이 있다.

다른 바람직한 실시예에서, 완충 가스는 아르곤이며, 리튬 가스는 동축 전극 배치의 중심전극 축을 따라 홀내에 위치된 고체 또는 액체 리튬의 기화에 의해 만들어진다. 바람직한 실시예에서, 파편은 핀치영역으로부터 확장한 광선으로 정렬된 면을 갖는 원추형의 내포 파편 컬렉터상에 모아지며, 방사 컬렉터-디렉터를 향해 나아간다. 원추형의 내포 파편 컬렉터 및 방사 컬렉터-디렉터는 실질적으로 텅스텐의 녹는점 미만이며 리튬의 녹는점 이상에 있는 약 400℃의 범위인 온도로 유지된다. 텅스템 및 리튬 증기는 파편 컬렉터상에 모아지지만, 리튬은 파편 컬렉터 및 컬렉터-디렉터상에 증발되어 소실되는 반면, 텅스텐은 파편 컬렉터상에 영구히 남아있게 되므로, 방사 컬렉터-디렉터상에 모아지지 않으며, 방사 컬렉터-디렉터상의 반사율을 저하시킨다. 반사 방사 컬렉터-디렉터 및 원추형의 내포 파편 컬렉터는 일부분으로써 함께 제조되거나, 서로 및 핀치영역과 정렬된 부분으로 분리될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 고유 챔버 윈도는 EUV광선을 전송하며, 가시광선을 포함한 저에너지 광선을 반사하도록 설계된다. 이 윈도는 약 10°의 빔을 들어오게 하는 그레이징 입사각을 제공하기 위해 장착된 베릴륨 또는 실리콘과 같은 극도의 얇은 물질을 포함하는 작은 직경의 윈도가 바람직하다.

출원인은 전고체상태 펄스 전력 드라이브를 채용하는 극자외선(EUV) 리소그래피를 위한 소스로서 출원인 및 작업자에 의해 만들어진 조밀 플라즈마 포커스(DPF) 광타입 디바이스를 설명한다. 실리콘 광다이오드에 의한 측정과 결합된 진공 회절격자 분광계를 사용하여, 출원인은, Mo/Si 미러의 반사 대역내에서의 방사의 실질적인 양은 이중으로 이온화된 리튬의 13.5nm 방사선을 사용하여 생성될 수 있음을 알아냈다. 이러한 광타입 DPF는 펄스 당 25J의 저장된 전기 에너지를, 4π스테라디안으로 방사된 실질적으로 0.76J의 대역내 13.5nm 방사로 변환한다. 이 디바이스의 펄스 출력속도 성능은 200Hz의 DC전력 공급까지 쓰여진다. 펄스 당 EUV에서의 현저한 감소는 이 반복속도에서는 발견되지 않는다. 200Hz에서, 측정된 펄스 대 펄스 에너지 안정도는 σ=6%이며, 드롭 아웃 펄스는 발견되지 않았다. 전기회로, 및 이런 광타입 DPF 장치의 동작은 안정도, 효율 및 성능을 향상시키도록 의도된 수개의 바람직한 변경의 설명을 따라서 제공된다.

본 발명은 Mo/Si 또는 Mo/Be 미러 시스템의 반사대역에 잘 어울리는 방사특성을 갖는 신뢰가능한 고광도 EUV 광원에서의 EUV 리소그래피의 실제적인 구현을 제공한다. 제안된 전반사 EUV 리소그래피 툴은 슬릿 스캐닝계 시스템이기 때문에,본 발명은 고반복속도 용량을 갖는 EUV 광원을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 고에너지 포톤소스도,

도 2는 디스크형 전극을 갖는 3 차원 플라즈마 핀치 장치도,

도 3은 본 발명의 제 3 바람직한 실시예,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 바람직한 회로 다이어그램,

도 5는 출원인 및 이들의 작업자에 의해 만들어진 광타입 유닛도,

도 6은 광타입 유닛에 의해 만들어진 펄스모양,

도 7은 하이프로볼릭 컬렉터에 의해 만들어진 EUV빔의 부분도,

도 8은 MoSi 코팅의 반사율와 관련된 13.5nm 리튬 피크도,

도 9는 내포된 원추형 파편 컬렉터,

도 10은 EUV광선을 전송하며 가시광선을 반사하는 Be윈도,

도 11은 13.5nm 자외선 방사에 대한 다양한 물질의 반사율 차트.

제 1 실시예

고에너지 자외선 광원의 간략한 도면이 도 1이다. 주요 구성요소는 플라즈마 핀치 유닛(2), 고에너지 포톤 컬렉터(4), 및 중공 광파이프(6)이다. 플라즈마 핀치 소스는 낮은 인덕턴스 펄스 파워회로(10)에 의해 동력이 공급되는 동축 전극(8)을 포함한다. 이러한 바람직한 실시예에서의 펄스전력 회로는 1000Hz속도에, 1kV 내지 2kV범위에서 약 5 미크로초 펄스를 동축 전극(8)에 제공할 수 있는 고전압, 고에너지 효율회로이다.

헬륨 및 리튬 증기의 혼합물과 같은 소량의 동작 가스는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극(8)의 베이스 근처에 있게 된다. 각각의 고전압 펄스에서, 애벌란시 브레이크다운은 자체 브레이크다운 또는 예비 이온화에 의해, 동축전극(8)의 외부 및 내부 전극 사이에 발생한다. 완충 가스에서의 애벌란시 과정은 가스를 이온화시키고, 전극의 베이스에서, 전극 사이에 전도성 플라즈마를 만든다. 일단 전도성 플라즈마가 존재하면, 전류는 외부 및 내부 전극사이를 흐른다. 바람직한 실시예에서, 내부전극은 높은 양전압이 되며, 외부전극은 접지전위가 된다. 전류는 내부전극에서 외부전극으로 흐르므로, 전자는 중앙을 향하여 흐를 것이며, 양이온은 중앙에서부터 멀리 흐를 것이다. 이러한 전류는 동축전극(8)의 베이스로부터 이동전하 캐리어 멀리 가속시키는 역활을 하는 자기장을 생성한다.

플라즈마가 중앙전극의 단부에 도착할 때, 플라즈마상의 전자기력은 플라즈마를 중심전극의 단부에서부터의 단거리 및 중심전극의 중심선을 따라, 포인트(10)주위의 '초점'에 핀칭시키며, 플라즈마의 온도 및 압력은 극고온으로 빠르게 도착 상승하며, 이 경우에 태양의 표면온도보다 더 높다. 전극의 크기 및 회로에서의 전체 전기에너지는 플라즈마에서의 원하는 흑체온도를 만들도록 최적화되는 것이 바람직하다. 13nm 범위에서의 방사를 만들기 위해, 약 100eV의 흑체 온도가 요구된다. 일반적으로, 특정 동축 배치에 대해, 온도는 전기펄스의 전압이 증가할수록 증가한다. 방사 스폿의 모양은 축방향으로 다소 불규칙적이며, 방사방향으로 거친 가우시안형이다. 소스의 전형적인 방사 크기는 100-300 미크론이며, 길이는 약 4mm이다.

기술문헌에 설명되어 있는 종래기술의 플라즈마 핀치 유닛에서, 방사 스폿은 흑체에 거의 가까운 스펙트럼을 가지며 모든 방향으로 방사선을 방사한다. 작동 가스에서의 리튬의 목적은 방사스폿에서의 방사의 스펙트럼을 협소화시키는 것이다.

리튬 증기

이중으로 이온화된 리튬은 13.5nm에서 전자전이가 존재하며, 헬륨의 완충에, 방사 소스 원자로서 공급한다. 이중으로 이온화된 리튬은 두가지 이유에서 우수한 선택을 갖는다. 첫번째로, 리튬의 낮은 녹는점 및 고압력이다. 방사스폿에서 배출된 리튬은 180℃ 이상으로 표면을 단순히 가열시킴으로써, 챔버벽 및 광학수집장치상에 도금을 막는다. 다음, 증기상태의 리튬은 표준 터보-분자 펌핑 기술을 사용하여, 헬륨 완충가스와 함께 챔버로부터 펌핑될 수 있다. 또한, 리튬은 2개의 가스를 약간 냉각함으로써 헬륨과 쉽게 분리될 수 있다.

코팅 물질은 13.5nm에서 좋은 반사를 제공할 수 있다. 도 8은 공지된 MoSi반사율에 관련된 리튬피크를 도시한다.

소스 원자로서 리튬을 사용할 때의 세번째 이점은, 비이온화된 리튬은 13.5nm 방사에 대한 낮은 흡수 단면을 가진다는 것이다. 더우기, 방사 지점에서 방출되는 어떠한 이온화된 리튬도 적당한 전기장에서 쉽게 제거될 수 있다. 남아 있는 비이온화된 리튬은 13.5nm 방사에 매우 투명하다. 13nm의 범위에서 현재 가장 널리 제안되는 소스는 a laser ablated frozen jet of xenon을 사용한다. 이러한 시스템은, 13nm에서 크세논에 대한 흡수 단면이 크기 때문에, 그 다음 펄스전까지 방출된 모든 크세논을 사실상 포획해야 한다.

방사 컬렉터

방사 지점에서 나오는 방사는 전체 4π 스테라디안을 통해 균등하게 방출된다. 컬렉션 옵틱스(collection optics)의 몇몇 타입이 이 방사를 포획하고 이를 리소그래피 툴(tool)로 보내는데 필요하다. 이전에 제안된 13nm 광 소스는 다중층 절연 코팅 거울(multi-layer dielectric coated mirror)의 사용에 기초한 컬렉션 옵틱스를 제공하였다. 다중층 절연 거울의 사용은 넓은 각도 범위에 걸쳐서 고효율의 컬렉션을 얻는데 사용된다. 파편을 만들어낸 어떤 방사 소스는 이들 절연 거울을 코팅하고 이들의 반사율을 낮추며, 따라서 소스로부터의 컬렉트된 출력을 감소시킨다. 이 바람직한 시스템은 전극의 부식으로 인해 어려움을 가지며, 따라서 시간이 지남에 따라 방사 지점 부근에 위치한 절연 거울의 (가치)를 떨어뜨린다.

몇몇 물질은 13.5nm UV 광에 대한 작은 그레이징 입사각에서 높은 반사율을가지며 이용가능할 수 있다. 이들 중 몇몇에 대한 그래프가 도 11에 도시되어 있다. 좋은 선택에는 몰리브덴, 로듐, 및 텅스텐이 있다. 컬렉터는 이들 물질로부터 제작될 수 있으나, 바람직하게는 이들은 니켈과 같은 기판 구조 물질의 코팅용으로서 적용된다. 이 원추조각은 이동가능한 맨드럴에서 니켈 전기도금에 의해 준비될 수 있다.

큰 원추각을 수용할 수 있는 컬렉터를 만들기 위해, 몇몇의 원추조각이 서로의 안쪽에 포개어 넣어질 수 있다. 각 원추조각은 방사의 하나 이상의 반사를 사용하여 방사 원추의 단면의 방향을 요구되는 방향으로 돌리게 한다. 그레이징 입사에 가장 가까이에서 작동을 위한 컬렉션의 설계는 부식된 전극 물질의 침전에 가장 내성이 있는 컬렉터를 만든다. 이와 같은 거울의 그레이징 입사의 반사율은 거울의 표면 거칠기에 강하게 의존한다. 표면 거칠기에의 의존도는 입사각이 그레이징 입사에 근접할수록 증가한다. 우리는, 적어도 25도의 솔리드앵글에 걸쳐 방출되는 13nm 방사를 우리가 컬렉트하고 방향을 조정할 수 있다고 평가한다. 방사를 광 파이프로 보내는 바람직한 컬렉터가 도 1, 2, 및 3에 도시되어 있다.

텅스텐 전극 - 컬렉터에 대한 텅스텐 코팅

외부반사 컬렉터를 위한 물질을 선택하는 바람직한 방법은, 컬렉터의 코팅 물질을 전극 물질과 똑같이 하는 것이다. 텅스텐은 전극으로서 동작함이 알려져 있고 13nm에서 그 굴절 인덱스의 실수부분이 0.945이므로, 텅스텐은 유망한 후보자가 된다. 전극과 거울 코팅을 위해 동일한 물질을 사용하는 것은, 부식된 전극 물질이 컬렉션 거울상에 도금을 하므로, 거울 반사율의 하락을 최소화한다.

은 전극 및 코팅

은 역시 전극과 코팅을 위한 뛰어난 선택이 될 수 있는데, 은은 13nm에서 낮은 굴절 인덱스를 가지며, 더높은 반복속도 동작을 하도록 하는 높은 열전도율을 가지기 때문이다.

원추형의 네스트된 파편 컬렉터

또다른 바람직한 실시예에서, 컬렉터 디렉터(5)에 도달할 수 있기 전에 모든 텅스텐 증기를 컬렉트하는 파편 컬렉터에 의해, 컬렉터-디렉터는 증발된 전극 물질로 인한 표면 오염으로부터 보호된다. 도 9는 플라즈마 핀치(plasma pinch)로 인한 파편을 컬렉트하기 위한 원추형의 네스트된 파편 컬렉터(5)를 도시한다. 파편 컬렉터(5)는, 핀치 사이트의 중심으로부터 뻗어나온 광선과 일직선으로 되고 컬렉터-디렉터(4)로 향하여지게 된 표면을 갖는 네스트된 원추형의 섹션으로 구성된다.

파편 컬렉터는 텅스텐 전극으로부터 증발된 텅스텐과 증발된 리튬을 포함한다. 파편 컬렉터는 방사 컬렉터-디렉터(4)에 부착되거나 또는 한 부분이 될 수 있다. 두 개의 컬렉터는 니켈 도금된 기판으로 구성된다. 방사 컬렉터-디렉터(4)는 매우 높은 반사율을 위해 몰리브덴 또는 로듐으로 코팅된다. 바람직하게는 두 개의 컬렉터는 대략 400℃까지 가열되는데, 이 온도는 리튬의 융해점보다는 상당히 높으며 텅스텐의 융해점보다는 상당히 낮다. 리튬과 텅스텐의 증기는 파편 컬렉터(5)의 표면에 모이지만, 리튬은 증발하여 리튬이 컬렉터-디렉터(4)에 모이는 정도까지되며, 그 후에 곧 증발하게 된다. 일단 파편 컬렉터(5)에 모인 텅스텐은 여기에 영구적으로 남는다.

도 7은 출원인이 설계한 컬렉터의 광학적 특성을 도시한다. 이 컬렉터는 5개의 네스트된 그레이징 입사의 포물선모양의 반사기로 구성되며, 그러나 5개의 반사 중 3개만이 도면에 도시되었다. 두개의 내부 반사기는 도시되지 않았다. 이 설계에서, 컬렉션 앵글은 대략 0.4 스테라디안이다. 아래에서 상술하듯이, 컬렉터 표면은 코팅되고 리튬의 침전을 방지하기 위해 가열된다. 이 설계는 평행 빔을 만들어낸다. 도 1, 3, 및 10에 도시된 것과 같은 다른 바람직한 설계는 빔의 촛점을 맞춘다. 컬렉터는, 13.5nm의 파장범위에서 높은 그레이징 입사의 반사율을 처리하는 물질로 코팅되어야 한다. 두개의 그러한 물질로는 팔라듐과 루테늄이 있다.

광 파이프

리소그래피 툴의 일루미네이션 옵틱스로부터 침전물질을 제거하는 것이 중요하다. 따라서, 광 파이프(6)가 이 분리를 더 확실히 하기 위해 선호된다. 광 파이프(6)는 속이 비어 있으며 또한 내부 표면에서 외부 전반사를 사용한다. 주요 컬렉션 옵틱은 속이 비어 있는 광 파이프의 수용각에 매치되는 컬렉트된 방사의 원추형 각을 감소시키도록 설계될 수 있다. 이 개념이 도 1에 도시되어 있다.

그후 리소그래피 툴의 절연 거울은 어떠한 전극 파편으로부터도 매우 잘 보호되는데, 텅스텐, 은, 또는 리튬 원자가 도 1에 도시된 것처럼 속이빈 광 파이프 아래의 버퍼 가스의 흐름에 거슬러서 상류로 확산되어야 하기 때문이다.

펄스 전력 유닛

바람직한 펄스 전력 유닛(10)은, 미국 특허 5,142,166에 설명된 펄스 전력 유닛과 같이 솔리드 상태 트리거 및 자기 스위치 회로를 사용하는 솔리드 상태의고주파, 고전압 펄스 전력 유닛이다. 이러한 유닛은 매우 믿을만 하며, 수개월 및 수 조의 펄스동안에도 충분한 유지없이도 계속적으로 작동가능한다. 미국 특허 5,142,166의 설명이 참고적으로 여기에 합쳐져 있다.

도 4는 펄스 전력을 공급하는 단순화된 전기회로를 도시한다. 바람직한 실시예는, 엑시머 레이저에 사용되는 형태의 커맨드 공명 충전 공급원인 DC 전력 공급원(40)을 포함한다. C₀는 65㎌의 결합 커패시턴스를 가진 오프 쉐프 커패시터의 뱅크이며, 피킹 커패시터(C₁)는 역시 65㎌의 결합 커패시턴스를 가지는 오프 쉐프 커패시터의 뱅크이다. 포화성(sturable) 인덕터(42)는 약 1.5 nH의 포화된 드라이브 인덕턴스를 가진다. 트리거(44)는 IGBT이다. 다이오드(46) 및 인덕터(48)는 미국 특허 5,729,562에 설명된 것과 유사한 에너지 회복 회로를 발생시키며, 한 펄스로부터 반사된 전기적 에너지를 그 다음 펄스 전에 C₀에 저장하도록 한다.

시스템 - 제 1의 바람직한 실시예

따라서 도 1에 도시된 것과 같이, 제 1의 바람직한 실시예에서, 헬륨 및 리튬 증기의 동작 가스 혼합은 동축 전극(8)으로 방전된다. 펄스 전력 유닛(10)으로부터의 전기 펄스는 11에서 약 13.5nm의 파장에서 자외선 방사를 발생하는 동작가스에서 리튬 원자를 두배로 이온화할 수 있는 충분히 높은 온도와 압력에서 밀 플라즈마 촛점을 형성한다.

광선은 완전 반사-콜렉터(4)에서 콜렉터되고, 리소그래피 툴(도시하지 않음)로 더 나아가는 속이 빈 광 파이프(6)로 나아간다. 방전 챔버(1)는터보석션펌프(12)로 약4Torr의 진공으로 유지된다. 동작가스의 일부 헬륨은 헬륨 분리기(14)에서 분리되고 도 1의 16에서 광파이프를 퍼지(purge)하는 데 이용된다. 광 파이프의 헬륨의 압력은 전형적으로 낮은 압력 또는 진공에서 유지되는 리소그래피 툴의 필요 압력과 바람직하게 매치된다. 동작가스의 온도는 열 교환기(20)로 소정의 온도로 유지되고 가스는 정전기 필터(22)로 클린된다. 가스는 도 1에 도시된 바와 같이 동축 전극 공간으로 방전된다.

전형적인 유닛

출원인과 동료들에 의해 만들어지고 테스터된 전형적인 플라즈마 핀치 유닛의 도면이 도 5에 도시된다. 주요한 요소는 커패시터 텍(C0,C1), IGBT스위치, 포화성 인덕터(42), 진공용기(3), 그리고 동축 전극(8)이다

실험 결과

도 6은 도 5에 도시된 유닛으로 출원인이 측정한 전형적인 펄스형태를 보여준다. 출원인은 8㎲동안 약 13.5nm에서 C1의 전압, C1의 전류 및 강도를 기록했다. 이 전형적인 펄스에서 에너지량은 약 0.8J이다. 펄스폭(FWHM)은 약 280ns이다. 브레이크 다운 전의 C1 전압은 1kv보다 약간 작다.

전형적인 실시예는 펄스율 200㎐까지 작동될 수 있다. 200㎐에서 측정된 평균 대역13.5nm 방사는 4π스테라디안에서 152W이다. 1시그마에서 에너지 안정성은 약 6%이다. 출원인은 3.2퍼센트의 에너지가 도 1에 보여진 콜렉터(4)로 유용한 13.5nm 빔으로 나아갈 수 있다고 평가했다.

플라즈마 핀치 유닛의 제 2 실시예

플라즈마 핀치 유닛의 제 2 실시예가 도 2에 도시된다. 본 유닛은 미국특허 4,042,848에 개시된 플라즈마 핀치 디바이스와 유사하다. 본 유닛은 두개의 외측 원판형 전극(30,32)과 내측 원판형 전극(36)을 포함한다. 핀치는 도 2에 지시되고 특허 4,042,848에서 기재된 것과 같이 세 방향으로부터 발생한다. 핀치는 전극 주위근처에서 출발하고 중앙쪽으로 진행한다.그리고 방사 점은 대칭축을 따라 발달하고 도 2의 34에 내측 전극의 중앙에 있다. 방사는 도 1의 예와 관련하여 기재된 것과 같이 콜렉터되고 방향지어 나아갈 수 있다. 또한 38에 유전체 미러를 위치시킴으로서 처음에 좌측으로 반사된 방사의 상당한 양의 퍼센트가 방사점을 통해 재반사 될 수 있다. 이것은 우측으로 방사를 고무한다.

제 3 실시예

제 3 실시예는 도 3을 참조하여 기술될 수 있다. 본 실시예는 제 1 실시예와 유사하다. 본 실시예에서, 그러나 버퍼가스는 아르곤이다. 헬륨은 13nm 방사에 상대적으로 분명하다는 바람직한 특질을 가지고 있으나, 작은 원자질량을 가지고 있다는 바람직하지 못한 특질을 가지고 있다. 낮은 원자질량은 2-4Torr의 주위기압에서 시스템을 작동하도록 한다. 헬륨의 작은 원자질량에 대한 부가적인 단점은 가속길이와 전기 드라이브 회로의 타이밍을 매치시키는데 필요한 전극길이이다. 헬륨은 가볍기 때문에, 헬륨이 드라이브 회로를 통하여 전류 흐름의 피크와 동시에 전극의 끝에 떨어지기 위해서는 전극은 기대되는 것보다 더 길어야 한다.

아르곤 같은 더 무거운 원자는 주어진 압력에서 헬륨보다 더 낮은 전달을 가질 것이다. 그러나 높은 질량은 낮은 압력에서 안정한 핀치를 생산할 수 있다. 아르곤의 낮은 동작 압력은 아르곤의 증가된 흡수 특질을 오프세트한다. 부가적으로, 요구되는 전극의 길이는 더 높은 원자질량에 기인하여 감소한다. 더 짧은 전극은 2가지 이유에서 유리하다. 제1의 이유는 짧은 전극을 사용할 때 회로 인덕턴스에서의 결과적인 감소이다. 더 낮은 인덕턴스는 드라이브 회로를 더욱 효율적으로 하고 따라서 필요한 전기 펌프 에너지를 감소한다. 짧은 전극의 제2의 이점은 전극의 팁으로부터 베이스까지 열 전도 경로 길이에서의 감소이다. 전극에 배분된 열에너지의 대부분은 팁에서 발생하고 전극의 전도 냉각은 주로 베이스에서 발생한다(방사 쿨링 또한 발생한다). 짧은 전극은 뜨거운 팁에서 차가운 베이스까지의 길이에서 더 작은 온도 하락를 가지고 온다. 펄스당 더 작은 펌프 에너지와 개선된 냉각 경로는 시스템이 더 높은 반복속도에서 작동할 수 있도록 해준다. 반복속도를 증가시키는 것은 직접적으로 시스템의 광 출력 전력을 증가시킨다. 반복속도를 증가시킴으로써 출력 전력을 스켈링하는 것은, 펄스당 에너지를 증가하는 것과 반대로, 리소그래피 광원의 평균 출력 전력에 대한 가장 바람직한 방법이다.

본 실시예에서는 리튬은 제 1 그리고 제 2 실시예에서와 같이 가스 형태로 챔버에 주입되지 않는다. 대신에 리튬은 도 3에 도시된 것과 같이 중앙 전극의 중앙의 구멍에 위치된다. 전극으로부터의 열은 리튬을 증발온도에 이르게 한다. 전극의 뜨거운 팁에 관계하여 리튬의 높이를 조정함으로써 전극의 팁근처에서 리튬의 부분압을 조절할 수 있다. 이것을 행하는 하나의 예가 도 3에 도시된다. 메카니즘이 전극의 팁에 관계하여 고체상태 리튬 로드의 팁을 조정하기 위하여 제공된다.

바람직하게는 상기 시스템은, 용해된 어떤 리튬이라도 상기 중심 전극의 상부에만 교련되기 위해서 동축 전극(8)의 노출 면이 상부가 되도록 수직으로 배열된다. 도 5에서 도시된 것처럼 상기 빔은 수직방향으로 똑바로 나갈 것이다(상기 리튬을 액체로서 더해지기 위한 다른 방법은 상기 전극을 리튬의 녹는 점을 초과하는 온도까지 가열하는 것이다).

상기 전극의 중심 밑에 구멍은 또 다른 중요한 잇점을 제공한다. 상기 플라즈마 핀치는 상기 중심전극의 상부의 중심 부근에 형성되기 때문에, 많은 에너지가 이 지역에서 흩어진다. 이 지역 부근의 전극 물질은 부식 제거되어 종국적으로는 상기 압력 용기내의 다른 표면에 있게 된다.

중심에 구멍을 가진 전극을 사용하는 것은 이용가능한 부식 물질을 많이 감소시킨다. 추가적으로, 출원인의 실험은 상기 지역에서의 리튬증기의 존재는 전극 물질의 부식율을 더 감소시킨다는 것을 보여준다. 상기 전극 장치가 챔버로 들어가는 위치에서 좋은 밀폐를 유지하기 위해서는 풀무 혹은 다른 적당한 밀폐 방법이 사용되어야 한다. 고체 리튬이 충분히 적재된 대체전극은 쉽고 싸게 생산될 수 있고 챔버내에서 쉽게 교체될 수 있다.

소 진공 챔버 윈도우

상기 핀치는 EUV 광으로부터 분리되어야 할 많은 양의 존속가능한 광을 생산한다. 또한, 추가적으로 윈도우가 리소그래피 옵틱스가 리튬이나 텅스텐으로 오염되지 않도록 보장하는 것은 바람직하다. 본 발명에 의해 생산된 극 자외선 빔은 고형물에 잘 흡수된다. 그래서 빔용 윈도우를 제공하는 것은 하나의 모험이다. 출원인이 선택한 윈도우 해결책은 EUV 통과하고 가시광은 반사하는 매우 얇은 박막을사용하는 것이다. 출원인이 선택한 윈도우는 들어오는 빔의 축에 약 10℃의 입사각으로 기울어진 베릴륨으로 된 박막(약 0.2 내지 0.5 마이크론)이다. 이 배열 덕분에, 거의 모든 가시 광은 반사되며 50 내지 80 퍼센트의 EUV는 통과된다. 물론 그러한 얇은 창이 매우 강한 것은 아니다. 그래서, 출원인은 매우 작은 지름의 윈도우를 사용하여서 상기 빔의 촛점을 상기 작은 윈도우를 통해서 맞춘다. 바람직하게는, 상기 얇은 베릴륨의 지름은 약 1.0㎜이다. 상기 작은 윈도우가 가열되는 것은 고려되어야 하며 높은 반복도에서 윈도우의 냉각은 특히 필요하다.

어떤 고안에서는, 고안을 간단히 하기 위해 상기 소자를 빔 스플리터로서만 설계하며 이는 상기 얇은 광학 소자에 압력차가 없기 때문이다.

도 10은 바람직한 실시예를 보여주며, 이 예에서 방사 콜렉터(4)는 상기 빔(9)이 0.5 마이크론의 두께와 지름 1㎜의 베릴륨 윈도우(7)를 통해서 촛점이 맞춰지도록 콜렉터 익스텐션(4A)에 의해서 확장된다.

예비전리

출원인이 실험에서 보여주는것은 예비전리없이도 좋은 결과를 얻을 순 있지만 예비전리에 의해 성능이 향상된다는 것이다. 도 5 에서 도시된 기본유닛은 전극들사이의 가스를 예비전리하기 위해서 DC 드라이븐 스파크 간극 예비전리기를 포함한다. 출원인은 개량된 예비전리 기술로 에너지 안정도 값을 매우 향상시킬 수 있으며 다른 성능 파라미터도 향상시킬 수 있다. 예비전리는 매우 발달된 기술이며 출원인 및 다른 사람들에 의해서 엑시머 레이저에서 성능향상을 위해 사용된다.

바람직한 예리전리 기술은 다음을 포함한다:

1) DC 드라이브 스파크 간극

2) RF 드라이븐 스파크 간극

3) RF 드라이븐 연면방전

4) 코로나 방전

5) 예비전리와 결합된 스파이커 회로(spiker circuit)

이 기술들은 엑시머 레이저에 관련된 과학문헌에 잘 기술되어 있으며 널리 알려져 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 원리의 응용을 나타내는 많은 가능한 실시예중에서 소수만을 예시한다고 이해된다. 예를 들면, 동작 가스를 재순환 시키는 대신에 단지 상기 리튬을 트랩하고 상기 헬륨을 방전시키는 것도 바람직하다. 텅스텐과 은외에 다른 전극-코팅 결합물을 사용하는 것도 또한 가능하다. 예를 들면 구리나 백금 전극과 코팅이 사용될 수 있다. 상술한 소정의 예에서 플라즈마 핀치를 발생시키는 다른 기술로 대치할 수 있다. 이런 다른 기술중 어떤것은 본 명세서의 배경 부분에서 언급된 특허에 기재되어 있다.

고 주파수를 발생시키고 고 전압 전기적 펄스를 발생시키는 많은 방법은 쓸모가 있으며 사용될 수 있다. 다른 방법은 광 파이프를 상온으로 유지시키고 그것이 광파이프 부분을 따라 이동할때 리튬과 텅스텐 모두를 프리즈 아웃한다. 상기 프리즈-아웃 개념은, 리소그래피 툴로서 사용되는 광학 소자에 도달하는 파편의 양을 더 줄이며 이는 상기 원자들이 영구적으로 광 파이프 벽에 효과적으로 부착되기때문이다. 리소그래피 툴 옵틱스 위로의 전극 물질의 침전은, 제 1 차 방전 챔버의 작은 구멍을 통해서 방사점을 재형성하고 차동 펌핑 배열을 사용하도록 하는 콜렉터 옵틱을 사용하여 방지할 수 있다. 헬륨 혹은 아르곤은 제 2 차 챔버로부터 제 1 차 챔버로 상기 구멍을 통해서 공급된다. 이런 구성은 구리 증기 레이저의 출력 윈도우에 물질의 침전을 막는데 효과적이다. 리튬 수소화물은 리튬 대신에 사용될 수 있다. 또한 상기 유닛은, 전극을 통해서 흐르는 동작 가스없이 스테틱-필 시스템으로 동작될 수 있다. 물론, 초당 1개 내지 약 5개 펄스부터 초당 수백 내지 수천개의 펄스에 이르는 매우 넓은 범위의 반복도가 가능하다. 원한다면, 고체 리튬의 위치를 조절하는 조절 메커니즘은, 중심 전극 팁의 위치를 상기 팁의 침식을 보상하도록 조절하기 위해서 변형될 수 있다.

위에서 기술된 전극과는 다른 전극 배열도 가능하다. 예를 들면, 상기 외부 전극은, 도시된 동축과는 달리 핀치방향으로 더 큰 지름을 가진 콘 모양으로 형성될 수 있다. 또한 어떤 실시예에서 성능은 내부 전극이 외부전극의 단부를 넘어서 튀어나오는 것에 의해서 개선될 수 있다. 이것은 동 기술분야에서 잘 알려진 스파크 플라크나 다른 예비 전리기에 의해 이루어질 수 있다. 다른 바람직한 대안은, 전체적으로 동축 혹은 콘 모양으로 형성되도록 배열된 로드의 어레이를 외부 전극으로 사용하는 것이다. 이런 방법은 전극 중심축에 대칭적인 핀치를 유지시킨다. 왜냐하면 밸러스팅을 유도하기 때문이다.

따라서, 독자는 주어진 예가 아닌 첨부된 청구범위 및 그 법적 균등물에 의해 본 발명의 범위를 결정하도록 요구된다.

Claims

고 에너지 광자원에 있어서,

A. 진공 챔버;

B. 상기 진공 챔버내에 위치되고 전기 방전 영역을 한정하며 전기 방전시에 핀치 사이트에서 고주파 플라즈마 핀치를 발생시키는 적어도 두개의 전극;

C. 광에 적어도 하나의 스펙트럼 라인을 제공하도록 선택되는 활성가스 및 불활성가스인 완충가스를 포함하는 작용가스;

D. 작용가스를 상기 방전 영역에 공급하는 작용가스 공급 시스템;

E. 적어도 한쌍의 전극사이에 전기 방전을 발생하기에 충분히 높은 전기 펄스와 전압을 제공하는 펄스 전력원;

F. 상기 플라즈마 핀치에 발생된 방사를 수집하고 요구방향으로 상기 방사를 향하게 하는 외부 반사 방사 컬렉터-디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 핀치 사이트로부터 방사 컬렉터-디렉터로 뻗어나가는 광선과 정렬된 표면을 갖는 원추형 내포 파편 컬렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 2 항에 있어서, 상기 원추형 내포 파편 컬렉터는 상기 방사 컬렉터-디렉터의 부분으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 2 항에 있어서, 상기 활성가스는 녹는점을 한정하는 금속의 증기이고 상기 금속의 녹는점을 초과하는 온도에서 상기 파편 컬렉터와 상기 방사 컬렉터를 유지하기 위한 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 4 항에 있어서, 상기 금속은 리튬인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 펄스 전력원은 적어도 5Hz의 주파수에서 전기 펄스를 제공하도록 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 활성가스는 고형 물질을 가열함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 7 항에 있어서 상기 고형 물질은 고형 리튬인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 4 항에 있어서, 상기 고형 리튬은 상기 두 전극중의 하나에 위치되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 8 항에 있어서, 상기 전극은 축과 중심 팁을 한정하는 중심 전극을 한정하기 위해 동축으로 구성되며 상기 고형 리튬은 상기 축을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 10 항에 있어서, 상기 중심 전극 팁에 대하여 상기 리튬을 조정하기 위한 위치 조정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 활성가스는 리튬 증기인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 활성가스는 리튬 하이브리드인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 컬렉터-디렉터에 의해 수집되고 지시된 방사를 전송하도록 정렬된 광 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 전극 물질로 구성되고 상기 컬렉터-디렉터는 동일한 전극 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 15 항에 있어서, 상기 전극 물질은 텅스텐인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 15 항에 있어서, 상기 전극 물질은 은인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 완충가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 완충가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 완충가스는 라돈인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 두개의 전극은 두개의 외부 전극과 내부 전극을 한정하는 세개의 디스크형 전극이며, 동작 동안 상기 두개의 내부 전극은 상기 내부 전극과 반대의 극성에 있는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 두개의 전극은 로드의 어레이로 구성된 외부 전극과축을 한정하는 중심 전극을 한정하도록 동축으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 22 항에 있어서, 상기 로드의 어레이는 일반적으로 원통형을 형성하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 22 항에 있어서, 상기 로드의 어레이는 일반적으로 원추형을 형성하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 상기 작용가스를 예비전리하는 예비전리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 25 항에 있어서, 상기 예비전리기는 DC 스파크 간극 전리기화기인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 25 항에 있어서, 상기 예비전리기는 RF 구동 스파크 간극인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 26 항에 있어서, 상기 예비전리기는 RF 구동 표면 방전인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 26 항에 있어서, 상기 예비전리기는 코로나 방전인 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 25 항에 있어서, 상기 예비전리기는 스파이커 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 극 자외선 방사를 전송하고 가시광을 반사하는 진공 챔버 창을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 31 항에 있어서, 상기 창은 1 마이크론보다 더 적은 두께를 갖는 고형 물질의 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 31 항에 있어서, 상기 물질은 베릴륨과 실리콘으로 구성되는 물질의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 31 항에 있어서, 상기 창에 상기 방사를 집속하는 집속 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 1 항에 있어서, 극 자외선 방시를 전송하고 가시광을 반사하는 빔 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 35 항에 있어서, 상기 창은 1 마이크론보다 작은 두께를 갖는 고형 물질의 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.
제 35 항에 있어서, 상기 물질은 베릴륨과 실리콘으로 구성되는 물질의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고 에너지 광자원.