KR100617603B1 - 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치 - Google Patents

액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100617603B1
KR100617603B1 KR1020050088459A KR20050088459A KR100617603B1 KR 100617603 B1 KR100617603 B1 KR 100617603B1 KR 1020050088459 A KR1020050088459 A KR 1020050088459A KR 20050088459 A KR20050088459 A KR 20050088459A KR 100617603 B1 KR100617603 B1 KR 100617603B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
vacuum chamber
target
ray
liquid target
Prior art date
Application number
KR1020050088459A
Other languages
English (en)
Inventor
김동언
김병훈
김진곤
이득진
안병남
황정진
Original Assignee
주식회사 브이엠티
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 브이엠티, 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 주식회사 브이엠티
Priority to KR1020050088459A priority Critical patent/KR100617603B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100617603B1 publication Critical patent/KR100617603B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0891—Ultraviolet [UV] mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32825—Working under atmospheric pressure or higher
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/32—Supply voltage of the X-ray apparatus or tube
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
    • H05G2/006—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas details of the ejection system, e.g. constructional details of the nozzle

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 액체 타겟을 이용하여 X선(1~10nm) 및 극자외선(EUV,10~20nm) 영역의 파장의 빛을 발생하는 장치에 관한 것으로, 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 있는 진공 배기계; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 진공 챔버 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급 장치; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 상기 레이저 빔이 조사되는 액체 타겟을 상기 진공 챔버 내부로 공급하는 액체 제트 공급 장치; 및 상기 진공 챔버 내부로 공급된 액체 타겟을 흡입하는 액체 제트 흡입 장치;를 포함하고, 상기 액체 제트 공급 장치는, 실리카 재질이고, 일단이 점차 뾰족해져 관 끝의 직경이 5내지 20 마이크로미터이며, 상기 진공 챔버 내부에서 액체 제트를 형성시키는 모세관: 상기 모세관을 내부에 포함하는 카트리지; 상기 모세관에 액체 타겟을 공급하는 액체 타겟 공급관을 내부에 포함하는 냉각관; 상기 액체 타겟 공급관과 상기 모세관을 결합시키는 피크(PEEK) 유니온; 상기 카트리지와 상기 냉각관을 결합시키기 위한 결합구; 상기 냉각관의 일 측면 외부에 위치하고 있는 냉각관 보온벽; 냉각 용매를 상기 냉각관의 내부로 공급하는 냉각 용매 공급관; 기화된 냉각 용매를 상기 냉각관의 외부로 배출하는 냉각 용매 배출관; 및 상기 냉각관 보온벽의 내부에 위치하는 액체 타겟 공급관에 장착되어, 공급되는 타겟에 포함된 이물질을 걸러내는 마이크로 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 고체 타겟을 사용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치에 포함된 고체 타겟을 회전 또는 이동시키기 위한 구동 메커니즘이 불필요하고, 타겟을 교체해야 하는 불편함이 제거되며, 파편의 발생이 원천적으로 방지되어 주변에 위치한 고가의 광학기기, 진공 챔버, 금속 박막 필터 등이 코팅되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 액체 금속을 포함한 다양한 액체 타겟 및 그 내부에 포함될 수 여러 가지 나노입자의 사용이 가능하여 X선 및 극자외선 영역의 파장의 세기가 강한 빛을 만들 수 있다.
진공 챔버, 진공 배기계, 액체 제트 공급 장치, 액체 제트 흡입 장치, 레이저 공급 장치, 포토 다이오드.

Description

액체 타겟을 이용한 Ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치{X-ray and EUV light source device using liquid target}
도 1은 본 발명에 따른 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선(EUV) 광원 발생장치의 일 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 실물 사진이다.
도 3은 진공 챔버 내부에서 발생하는 플라즈마를 촬영한 사진이다.
도 4는 레이저의 종류 별로 레이저의 에너지에 따른 물의 창 영역의 X선 에너지로 바뀌는 변환효율을 나타낸 것이다.
도 5는 X선 포토 다이오드를 고출력 레이저 빔의 입사각을 기준으로 160도 회전시키면서 연 X선의 세기 분포를 측정한 것이다.
도 6은 X선 투과용 박막 필터를 사용하여 얻은 질소 분광선 측정 데이터와 티타늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막 조합에 대한 특정 파장 영역에서의 투과율을 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 실시예의 액체 제트 공급 장치를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 액체 제트 공급 장치의 모세관 단부의 실물 사진이다.
도 9는 도 7에 도시된 액체 제트 공급 장치의 카트리지 단부를 도시한 것이다.
도 10은 고순도 질소 가스의 압력에 따른 제트의 안정성을 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 진공 챔버 104 : 진공 배기계
106 : 레이저 공급장치 107 : 집속 렌즈
108 : 액체 제트 공급 장치 110 : 액체 제트 흡입 장치
112 : X선 포토 다이오드 114 : 텔레 줌 마이크로스코프
115 : 진공 게이지 116 : 레이저 빔 투과 윈도우
117 : 레이저 빔 반사 미러 118 : 레이저 빔
119 : 액화질소제트 202 : 모세관
203 : 모세관 결합구 204 : 카트리지
205 : 피크 라이너 206 : 냉각관
207 : 피크 페룰 208 : 피크 유니온
210 : 금속 와이어 211 : 결합구
212 : 냉각관 보온벽 214 : 냉각 용매 공급관
216 : 냉각 용매 배출관 218 : 액체 타겟 공급관
220 : 마이크로 필터 222 : 수분 필터
224 : 진공챔버 체결구
본 발명은 액체 타겟을 이용하여 X선(1~10nm) 및 극자외선 (EUV,10~20nm) 영역의 파장의 빛을 발생하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상온에서 액체이거나, 상온에서 기체이지만 액화된 물질, 상기 액체 및 액화기체에 나노입자를 포함시킨 물질, 녹는점이 낮은 금속에 열을 가해 녹인 금속 액체를 제트 타겟으로 제공함으로써 X선 및 EUV 영역의 파장의 빛을 발생시키는 장치에 관한 것이다.
파장이 10 나노미터보다 짧은 영역을 말하는 X선은 공기 중에서 흡수가 잘되는 연 X선(1~10nm)과 흡수가 되지 않는 경 X선(1nm이하)으로 구분되는 데, 1 내지 10 나노미터의 파장을 가지는 상기 연 X선은 살아있는 세포들의 미세구조를 관측하기 위한 현미경에 사용되며, 파장이 10 나노미터 이상 20 나노미터 이하의 파장을 가지는 극자외(EUV)선은 차세대 리소그래피(Lithography)에 사용된다. 특히, 물의 창(water-window, 2.3nm~4.3nm)영역의 연 X선은 현미경에 사용되기 매우 적합하다. 이는 2.3 내지 4.3 나노미터의 파장영역(이하 "물의 창" 영역)에서는 연 X선이 단백질과 물에 대해 큰 투과율 차이를 보이기 때문이다. 즉, 물의 창 영역의 연 X선은 물에 대해서는 양호한 투과율을 가지고 있으나, 단백질에 대해서는 투과율이 좋지 않기 때문에 세포 내부 구조를 조사하기에 매우 적당하고 가시광선보다 짧은 파장의 빛을 이용하기 때문에 가시광선을 이용한 현미경보다 분해능이 뛰어나다. 분해능이 뛰어난 현미경으로는 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)이 있지만 이들 전자 현미경의 경우 시료를 얇게 썰어야 하고 금으로 표면을 처리해야 하므로 살아있는 세포의 원형을 파괴할 위험이 있다. 그러나 연 X선 현미경은 연 X선이 물에 대한 투과율이 좋아 전자현미경의 경우보다 상대적으로 두꺼운 10 마이크 로미터정도의 시료도 볼 수 있다. 또한 연 X선은 물을 포함한 시료도 사용을 할 수 있어 살아있거나 살아있는 상태에 가장 근접한 상태의 세포를 관찰할 수 있는 매우 적당한 광원이다.
연 X선의 대부분은 방사광 가속기를 통해 발생되고 있으나, 방사광 가속기는 매우 거대한 실험 장치로 건설에 많은 시간과 비용이 소비되기 때문에 매우 적은 숫자만이 건설될 수 있다. 따라서, 각 실험자들은 이용에 많은 제약을 받게된다.
레이저 발생 플라즈마를 이용한 광원은 소규모 실험실에서 발생시킬 수 있는 소규모 발생 장치와 밝기를 향상시킬 수 있는 잠재성이 있어 방사광 가속기를 대체할 좋은 연 X선 광원으로 개발되고 있다. 레이저 플라즈마 광원 발생장치는 진공 용기 내에 배치되는 타겟(target)에 고출력 레이저 빔을 조사하여 빛을 발생시키는 장치이다. 타겟에 고출력 레이저 빔을 집광시키면 고온 고밀도의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마 내의 이온화된 원자가 여기 상태에서 바닥상태로 내려오면서 나오는 빛을 이용하는 방법이다.
상기 레이저 플라즈마 광원 발생장치는 타겟에 따라 X선 및 EUV 영역의 파장의 빛을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 엑스트림 울트라바이올렛 리소그래피(extreme ultraviolet lithography)를 위한 13.5 나노미터의 파장의 빛은 크세논(Xe), 리튬(Li), 주석(Sn) 등의 물질을 타겟으로 이용할 경우 발생될 수 있고, 물의 창 영역의 빛은 질소(N)원자나 탄소(C)원자가 포함된 물질을 사용하면 발생될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 원자로 구성된 고체 형태의 타겟을 사용하는 경우, 고체 타겟 내의 질소원자나 탄소원자의 밀도가 높지 않으면 상대적으로 빛의 세기가 낮은 문제가 있다.
또한, 고체 타겟의 일정 부분에만 고출력 레이저 빔을 조사시키면 레이저 집적부위는 변형이 야기되어 항상 새로운 부위에 레이저 빔이 입사되도록 상기 고체 타겟을 회전시키거나 상하, 좌우로 이동시킬 필요가 있기 때문에 이를 위한 구동 메커니즘이 필요하고, 한 번 사용한 고체 타겟의 경우 고체 타겟을 교체해 주어야 하므로 사용상의 불편이 따르며, 많은 시간과 비용이 소비되는 문제가 있다.
또한, 고체 타겟에 레이저 빔을 집속시켜 플라즈마를 생성하는 과정에서 타겟 표면에서 떨어져 나오는 비산 입자(이하 "파편(debris)")가 레이저 빔 집속을 위한 광학계나 진공 챔버, 금속 박막 필터 및 연 X선 용 광학계의 표면을 쉽게 오염시킬 수 있다. 고가의 연 X선용 광학계는 파편에 의한 작은 오염으로도 광학적 성능이 크게 손상되기 때문에 고체 타겟을 장시간 사용하게 될 경우 이런 연 X선용 광학계가 손상되어 제대로 된 성능을 발휘할 수 없게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 기체 타겟이나 테잎형태의 고체 타겟의 사용을 고려할 수 있으나, 기체 타겟을 사용하는 경우에는 레이저 빔과 상호작용하는 물질의 밀도가 고체 타겟에 비해 상대적으로 낮아 발생되는 빛의 세기가 약하므로 현미경 또는 리소그래피를 위한 광원으로는 사용되기 어려운 문제가 있으며, 테잎형태의 고체 타겟을 사용하는 경우 테잎이 찢어지거나 테잎 형태로 만들 수 있는 고체 타겟의 종류가 매우 제한적이라는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지속적으로 공급되 는 액체 타겟을 사용함으로써 고체 타겟을 회전 또는 이동시키기 위한 구동 메커니즘이 배제되고, 타겟을 교체해야 하는 불편함이 제거되며, 파편의 발생이 원천적으로 방지되고, 유지 비용도 거의 없으며, 액체, 액화기체, 녹는점이 낮은 고체나 나노입자가 등을 제트 타겟으로 사용할 수 있어 그 활용의 폭이 매우 높으며, 강한 세기의 빛을 발생시킬 수 있는 X선 및 극자외선 영역의 빛을 발생시키는 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 있는 진공 배기계; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 진공 챔버 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급 장치; 상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 상기 레이저 빔이 조사되는 액체 타겟을 상기 진공 챔버 내부로 공급하는 액체 제트 공급 장치; 및 상기 진공 챔버 내부로 공급된 액체 타겟을 흡입하는 액체 제트 흡입 장치;를 포함하고, 상기 액체 제트 공급 장치는, 실리카 재질이고, 일단이 점차 뾰족해져 관 끝의 직경이 5내지 20 마이크로미터이며, 상기 진공 챔버 내부에서 액체 제트를 형성시키는 모세관: 상기 모세관을 내부에 포함하는 카트리지; 상기 모세관에 액체 타겟을 공급하는 액체 타겟 공급관을 내부에 포함하는 냉각관; 상기 액체 타겟 공급관과 상기 모세관을 결합시키는 피크(PEEK) 유니온; 상기 카트리지와 상기 냉각관을 결합시키기 위한 결합구; 상기 냉각관의 일 측면 외부에 위치하고 있는 냉각관 보온벽; 냉각 용매를 상기 냉각관의 내부로 공급하는 냉각 용매 공급관; 기화된 냉각 용매를 상기 냉각관의 외부로 배출하는 냉각 용매 배출관; 및 상기 냉각관 보온벽의 내부에 위치하는 액체 타겟 공급관에 장착되어, 공급되는 타겟에 포함된 이물질을 걸러내는 마이크로 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치를 제공한다.
바람직하게는 상기 X선 및 극자외선 광원 발생장치는 특정 파장 영역의 광만을 통과시키는 X선 투과용 박막 필터를 더 포함한다. 연 X선 현미경에서 사용되는 광학계의 경우에서는 특정 파장에 대한 존플레이트(zone-plate)와 같은 광학계의 설계가 이루어지므로 물의 창영역에서 단일 파장의 빛만을 걸러 주는 것이 필요하다. 상기 X선 투과용 박막 필터는 티타늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막을 조합한 것이다. 일차적으로 액체 타겟의 종류에 의해 파장의 영역이 정해지나 상기 X선 투과용 박막 필터에 의해 연 X선 등 더욱 특수한 영역의 파장을 가지는 빛만을 선별적으로 이용할 수 있다. 상기 X선 투과용 박막 필터는 여러 종류의 금속 박막을 조합하여 제조되는데, 상기 금속의 종류 및 두께에 따라 통과하는 빛의 파장 영역과 투과율이 결정된다. 특히, 상기 X선 투과용 박막 필터가 티타늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막을 조합한 것일 경우에 알루미늄에 위해 가시광이 차단되고, 티타늄에 의해 액화 질소로부터 나오는 물의 창영역 중 대부분은 차단되고 파장이 2.88 나노미터인 빛만이 투과할 수 있게 된다.
바람직하게는 상기 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치는 상기 레이저 공급 장치로부터 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔과 액체 타겟의 상호작용에 의해 발생한 광의 세기를 측정하는 X선 포토 다이오드(photo diode)를 더 포함한다. 타겟에 전달되는 에너지의 효율, 레이저 빔의 집속되는 크기 등에 따라 발생되는 빛의 세기가 달라질 수 있기 때문에 빛의 세기를 지속적으로 모니터하 여 일정한 세기의 빛을 얻을 수 있다.
바람직하게는 상기 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치는 상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔이 액체 타겟에 조사되는 부위 및 상기 액체 타겟의 상태를 모니터하기 위한 텔레 줌 마이크로스코프(tele zoom microscope)를 더 포함한다. 빛이 발생하기 위해선 레이저 빔이 액체 타겟에 정확히 조사되어야 하므로, 지속적으로 조사부위 및 액체 타겟의 상태를 모니터할 필요가 있다.
바람직하게는 상기 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치는 상기 레이저 공급장치에 의해 상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔의 이동 경로를 조절하는 복수개의 반사 미러 및 상기 레이저 공급장치에 의해 공급되는 레이저 빔을 상기 진공 챔버 내부로 투과시키기 위한 레이저 윈도우를 더 포함하고, 상기 레이저 공급장치에 의해 상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔의 이동 경로 상에는 집속 렌즈가 위치하고 있다. 상기 집속 렌즈에 의해 상기 레이저 빔이 액체 타겟에 집중적으로 조사될 수 있다.
바람직하게는 상기 액체 제트 공급 장치는 마이크로 필터를 통과한 타겟에 포함된 수분을 걸러주기 위한 수분 필터를 더 포함하고, 상기 결합구의 냉각관 및 카트리지가 연결되는 부위에는 밀폐를 위한 금속 와이어가 위치하고 있다. 수분이 상기 타겟에 미량이라도 포함된 경우 상기 타겟에 포함된 수분이 얼면서 모세관의 끝이 막힐 수 있기 때문에 상기 수분 필터를 이용하여 미리 수분을 제거하여 준다.
바람직하게는 상기 액체 타겟 공급관 중 상기 진공 챔버의 내부에 위치하는 부분은 나선형이다. 이는 냉각 용매와 액체 타겟 공급관 사이의 표면적을 넓혀 일 차적으로 수분 필터를 거친 타겟의 내부에 남아 있는 수분을 냉각시켜 액체 타겟 공급관의 내면에 응착시키기 위함이다.
바람직하게는 상기 냉각관과 냉각관 보온벽 사이는 진공상태이다. 상기 진공은 상기 냉각관의 내부에 채워진 극저온의 액체질소와 상기 냉각관 보온벽의 외부에 존재하는 상온의 기체 간에 단열작용을 한다.
바람직하게는 상기 모세관의 일 단부 외경에는 피크(PEEK)재질의 라이너(liner)가, 상기 라이너의 일부 외경에는 피크(PEEK) 재질의 페룰(ferrule)이, 상기 카트리지의 일 단부에는 모세관 결합구가 결합되어 있고, 상기 모세관 결합구가 상기 페룰을 모세관의 축방향으로 가압하면 상기 페룰이 상기 라이너를 모세관의 반경방향으로 가압하여 상기 카트리지 내부의 액체질소나 기체가 상기 진공 챔버 내부로 유출되지 않는다.
삭제
이하 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선(EUV) 광원 발생장치의 일 실시예를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 실물 사진이며, 도 3은 진공 챔버 내부에서 발생하는 플라즈마를 촬영한 사진이다.
본 실시예는 그 내부가 진공상태인 진공 챔버(102)를 포함하고 있다. 상기 진공 챔버(102)의 일 측면에는 진공 배기계(104)가 장착되어 있는데, 상기 진공 배 기계(104)에 의해 아직 액체 타겟이 진공 챔버(102) 내부로 공급되지 않는 상황에서 상기 진공 챔버(102) 내부의 진공도가 10-6 Torr로 유지된다.
상기 진공 챔버(102)의 일 측면에는 레이저 공급장치(106)가 장착되어 있는데, 상기 레이저 공급장치(106)로부터 공급되는 고출력 레이저 빔(118)은 2개 내지 3개의 레이저 빔 반사 미러(117)를 통해 경로가 변경되고 위치가 조절되어 상기 진공 챔버(102)의 중심 방향을 향하게 되고 투과 윈도우(116)를 통해 상기 진공 챔버(102)의 내부로 들어가게 된다. 상기 레이저 빔(118)은 본 실시예에서 액체 타겟으로 사용된 액화질소제트(119)에 조사되어 도 3의 사진과 같이 상기 진공 챔버(102)의 내부에서 상기 액화질소제트(119)와 함께 플라즈마를 형성한다. 상기 고출력 레이저 빔(118)이 액화질소제트(119)에 집중적으로 조사될 수 있도록 하기 위해 상기 레이저 빔(118)의 이동경로에 집속 렌즈(107)를 위치시켰다.
도 4는 레이저의 종류 별로 레이저의 에너지에 따른 물의 창 영역의 X선 에너지로 바뀌는 변환효율을 나타낸 것이다.
파장이 2.88 나노미터인 연 X선 발생시, 10 헤르츠(Hz) 반복율을 가진 펄스 레이저인 120 피코초(ps), 5 나노초(ns), 500 펨토초(fs) 세가지 종류의 레이저에 대해 레이저의 세기(가로축)를 변화시키면서 레이저에서 연 X선으로의 에너지 변환 효율(세로축)을 측정하였다. 도 4에서 알 수 있듯이, 상기 세종류의 레이저 중 120 피코초의 레이저가 2*013(W/cm2 ) 의 세기를 가질 때 에너지 변환 효율이 1.6 %로 가장 좋다. 따라서 본 실시예에서는 상기 고출력 레이저로 반복율이 10 헤르츠인 120 피코초 레이저를 사용하였다. 하지만 발생되는 X선 세기는 레이저 세기가 최대인 1.5*014(W/cm2 ) 에서 가장 높게 나왔다. 따라서 동일한 120 피코초 레이저를 사용할 경우, 10 헤르츠의 반복율로 최대 세기 1.5*014(W/cm2 ) 을 사용하는 것보다는 변환 효율이 가장 좋은 2*013(W/cm2 ) 의 세기 조건에서 반복율을 향상시킨 120 피코초 레이저를 사용하는 것이 광원 세기를 향상시키는 데 더욱 효과적이 된다.
상기 진공 챔버(102)의 일 측면에는 액체 제트 공급 장치(108)가 장착되어 있고, 상기 액체 제트 공급 장치(108)의 맞은편에는 액체 제트 흡입 장치(110)가 장착되어 있다. 액화질소제트(119)는 상기 액체 제트 공급 장치(108)로부터 상기 진공 챔버(102)내부로 지속적으로 공급되고, 상기 액체 제트 흡입 장치(110)에 의해 상기 진공 챔버(102)의 외부로 배출된다.
연 X선은 공기 중에서 흡수되는 성질을 가지고 있으므로 진공환경이 반드시 필요한데, 세기가 강한 연 X선을 지속적으로 발생시키려면 상기 액화질소제트(119)가 상기 진공 챔버(102) 내부에 지속적으로 공급되는 상황에서 상기 진공 챔버(102) 내부의 진공도가 10-3 Torr이하로 유지되어야 한다. 그러나, 직경이 약 10 내지 20 마이크로미터인 액화질소제트(119)가 지속적으로 진공 챔버(102) 내부로 공급되면 10-3 Torr이하의 진공상태를 유지하기 어려워 진공 챔버(102) 내부로 유입되는 액화질소제트(119)를 배출하여 주어야 하는데, 상기 진공 배기계(104)를 이용하 여 배출시키는 것만으로는 상기와 같은 진공상태를 유지하기 어렵다. 따라서, 액체 제트 흡입 장치(110)를 이용하여 액화질소제트(119)를 상기 진공 챔버(102)의 외부로 배출시켜 진공 챔버(102) 내부의 진공도를 상기와 같이 유지시킨다.
상기 액체 제트 공급 장치(108)의 일 단과 상기 액체 제트 흡입 장치(110)의 일 단과의 거리(d)는 약 5 내지 10 미리미터이다. 상기 거리(d)가 너무 멀면 상기 액체 제트 흡입 장치(110)의 액화질소제트(119) 흡입률이 낮아져 상기 진공 챔버(102)의 진공도가 나빠지고, 너무 가까우면 플라즈마가 발생되는 부위가 상기 액체 제트 공급 장치(108)의 모세관(202)의 단부가 플라즈마가 발생되는 부위와 너무 근접하여 플라즈마 발생에 의한 열에 의해 상기 모세관(202)이 손상될 가능성이 높다. 액체 제트 공급 장치(108)에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
상기 진공 챔버(102)의 내부에는 X선 포토 다이오드(photo diode)가 위치하고 있는데, 상기 X선 포토 다이오드(112)는 IRD(International Radiation Detectors)사의 상용화된 AXUV100제품으로 상기 진공 챔버(102) 내부에서 발생되는 연 X선의 세기를 측정하는데 사용된다. 고출력 레이저의 조건이나 타겟의 상태가 변하게 되는 경우, 발생되는 연 X선의 세기가 불안정하게 되므로 지속적으로 연 X선의 세기를 측정할 필요가 있다.
상기 진공 챔버(102)의 일 측면에는 텔레 줌 마이크로스코프(telezoom microscope)(114)가 장착되어 있다. 적절한 세기의 연 X선을 발생시키기 위해서는 고출력 레이저 빔(118)이 액화질소제트(119)에 정확하게 조사되어야 한다. 상기 텔레 줌 마이크로스코프(114)를 통해 고출력 레이저 빔(118)이 액화질소제트(119)에 정확하게 조사되는지 여부를 모니터할 수 있다.
상기 진공 챔버(102)의 일 측면에는 진공 게이지(115)가 장착되어 있다. 상기한 바와 같이 상기 진공 챔버(102) 내부의 진공도는 액화질소제트(119)가 공급되기 전에는 10-6 Torr 이하로, 액화질소제트(119)가 공급되는 경우에는 10-3 Torr 이하로 유지되어야 하는데, 상기 진공 게이지(115)를 통해 상기 진공 챔버(102) 내부의 진공도가 상기와 같이 유지되는지 실시간으로 모니터할 수 있다.
상기 고출력 레이저 빔(118)은 상기 집속 렌즈(107)에 의해 직경이 약 20 마이크로미터인 상태로 액화질소제트(119)에 조사된다. 액화질소제트(119)에 고출력 레이저 빔이 조사되면 진공 챔버(102) 내에서 플라즈마가 형성되고, 상기 플라즈마 내부의 이온화 상태의 질소 원자들은 들뜬 상태의 준위에서 바닥 상태의 준위로의 에너지 전이 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 연 X선이 발생하게 된다. 발생된 연 X선은 진공 챔버(102) 내부에서 모든 방향으로 진행한다.
도 5는 X선 포토 다이오드를 고출력 레이저 빔의 입사각을 기준으로 160도 회전시키면서 연 X선의 세기 분포를 측정한 것이다.
상기한 바와 같이 상기 진공 챔버(102) 내부에서 발생한 연 X선은 진공 챔버(102) 내부에서 모든 방향으로 진행하는데, 각 방향으로 진행하는 연 X선의 세기가 같은지 측정할 필요가 있다. 만약, 각 방향으로 진행하는 연 X선의 세기가 다를 경우, 가장 세기가 큰 연 X선이 진행되는 방향에 연 X선 현미경을 설치해야 하기 때문이다. 도 5에서 가로축은 레이저 빔(118)이 입사되는 부분과 X선 포토 다이오드 (112)가 설치된 부분과 이루는 각도이고, 세로축은 상기 X선 포토 다이오드(112)가 측정한 연 X선의 크기를 전류로 나타낸 값이다. 도 5에 의하면 가로축의 각도변화에 따른 세로축의 전류세기 간에는 의존성이 없음을 알 수 있는데, 이는 진공 챔버(102) 내부에서 진행하는 액화질소제트(119)로부터 발생되는 연 X선은 그 진행 방향에 무관하게 세기가 거의 일정함을 의미한다. 따라서, 본 실시예에서 연 X선 현미경은 어느 위치에 설치되어도 무방하다.
일차적으로 액체 타겟의 종류 및 액체 타겟에 포함되는 나노입자에 의해 발생되는 빛의 파장 영역이 정해지긴 하지만, 좀 더 특정한 파장의 영역의 빛만을 필요로 하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 특정 파장의 빛만을 통과시키는 X선 투과용 박막 필터(미도시)를 포함하고 있는데, 상기 X선 투과용 박막 필터(미도시)는 고출력 레이저 빔(118)이 액화질소제트(119)에 조사되는 부위로부터 발생된 연 X선이 연 X선 현미경으로 진행하는 방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 위치한다.
도 6은 X선 투과용 박막 필터를 사용하여 얻은 질소 분광선 측정 데이터와 티탄늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막 조합에 대한 특정 파장 영역에서의 투과율을 나타낸 것이다.
본 실시예를 연 X선 현미경에 적용할 경우 티타늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막의 조합을 상기 X선 투과용 박막 필터(미도시)로 사용한다. 상기 X선 투과용 박막 필터(미도시)를 통과하는 빛의 파장 영역과 투과율은 금속 박막의 종류와 두께에 따라 결정되는데, 티타늄과 알루미늄을 조합한 박막 필터는 물의 창 영역, 특히 2.88 나노미터의 파장을 가지는 연 X선을 잘 통과시킬 수 있다. 상기 티타늄과 알루미늄의 두께를 너무 두껍게 하는 경우 연 X선의 투과율이 떨어지므로 바람직하지 않다.
도 7은 도 1에 도시된 실시예의 액체 제트 공급 장치를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 액체 제트 공급 장치의 모세관 단부의 실물 사진이다.
상기 액체 제트 공급 장치(108)는 상기 진공 챔버(102)의 내부로 액화질소제트(119)를 분사시키는, 일 단의 직경이 점차 작아지는 모세관(202)을 포함하고 있다. 상기 모세관(202)을 제작하기 위해서, 레이저 풀러(laser puller)와 폴리셔(polisher)를 이용하여 제작한다. 우선, 외경이 365, 내경이 100 내지 150 마이크로미터이고, 쉽게 깨지지 않으면서 구부릴 수 있도록 외부에 폴리이미드 코팅처리된 단단한 실리카 재질의 상용화된 제품을 300 미리미터 정도의 길이만큼 실리카 모세관 절단도구로 절단면이 매끄럽도록 잘라낸다. 그리고, 마이크로토치를 이용해 상기 모세관 일부분의 코팅을 10 미리미터 정도 태워 벗겨내고 레이저 풀러에 장착한다. 코팅이 벗겨진 모세관의 일부분을 CO2 레이저로 국소 가열하여 녹이면서 모세관의 양단을 잡아 당겨서 길이가 약 25 미리미터인 상기 모세관(202)을 제작한다. CO2 레이저의 가열시간, 모세관을 당기는 강도, 가열시간과 당기기 시작하는 시간과의 시간차를 조절하여 모세관 일단의 형상이 점차 뾰족해지도록 상기 모세관(202)을 레이저 가공한다. 이 때 점차 뾰족해진 상기 모세관(202) 끝의 구경이 5 내지 20 마이크로미터인 조건으로 상기 모세관(202)을 제작한다. 또한, 다이아몬드 코팅지를 가진 폴리셔를 이용하여 제작된 상기 모세관(202)의 끝을 갈아내서 구경 의 크기를 조절하며 갈아내는 동안에는 상기 모세관(202) 내부가 오염되지 않도록 질소 가스로 불어 주어야 하며 상기 모세관(202)을 매우 정밀하게 고정하고 위치 조절할 수 있는 피코모터를 장착한 지그(jig)와 상기 모세관을 갈아내는 동안에 모세관 끝을 현미경으로 모니터하여 폴리싱(polishing)하게 된다. 상기 방법을 통해 제작된 모세관(202)으로 액화질소제트(202)를 형성시 끝의 구경이 5 마이크로미터 이하인 경우 액화질소제트(119) 형성 시 막힐 가능성이 높고, 20 마이크로미터 이상인 경우 액화질소제트(119) 형성이 어렵다.
상기 모세관(202)의 외부에는 카트리지(204)가 위치하고 있는데, 상기 카트리지(204)는 내부에 액체 질소를 채울 수 있도록 속이 비어 있는 원기둥의 형상을 하고 있고, 그 일 단에는 원뿔 형상이 형성되어 끝부분에는 모세관(202)을 장착할 수 있는 모세관 결합구(203)를 포함하고 있다.
도 9는 도 7에 도시된 액체 제트 공급 장치의 카트리지 단부에 위치한 모세관 결합구를 도시한 것이다.
상기 카트리지(204) 내부에 위치하는 모세관(202)을 모세관 결합구(203)에 장착하기 위해서는 먼저 모세관(202)의 일 단부 외경에 피크(PPEK, polyether- etherketon) 재질의 라이너(liner)(205)를 끼운 후, 상기 라이너(205)의 일부 외경에는 피크(PPEK, polyetheretherketon) 재질의 페룰(feffule)(207)을 끼운다. 상기 카트리지(204)의 일 단부에 있는 모세관 결합구(203)에는 카트리지 일단에 붙어 있어 내부에 모세관을 끼우기 위한 구멍을 가진 수나사와 암나사인 켑(cap)이 있어 상기 피크 라이너(205)와 피크 페룰(207)이 끼워진 상기 모세관(202)을 상기 카트 리지(204) 일단에 붙어 있는 상기 모세관 결합구(203)의 수나사 구멍에 끼우고 암나사 캡을 돌려 결합시키면 상기 모세관 결합구(203)의 암나사 캡이 상기 카트리지(204) 방향으로 이동하게 되고, 이 때, 상기 모세관 결합구(203)의 수나사 구멍 내에서 상기 페룰(207)이 상기 모세관(202)의 축방향으로 가압된다. 상기 페룰(207)이 모세관(202)의 축방향으로 가압되면 상기 페룰(207)은 모세관 결합구(203)의 수나사 내부에서 점점 반경이 좁아지는 관을 따라 이동하게 되면서 상기 라이너(205)를 모세관의 반경방향으로 가압하게 되어 결합된다. 상기 카트리지(204) 내부의 액체질소나 기체가 상기 진공 챔버(102)로 유출되는 것이 방지된다.
상기 모세관(202)의 일 단은 액체 타겟 공급관(218)과 연결되어 있으며, 상기 액체 타겟 공급관(218)과 상기 모세관(202) 사이에는 피크 재질의 피크 유니온(208)이 위치하고 있다. 상기 액체 타겟 공급관(218)은 직경이 1/16“인 스테인리스 스틸 재질이고, 상기 모세관은 외경이 365 마이크로미터인 실리카 재질인데, 상기 피크 유니온(208)이 직경과 재질이 다른 두 개의 관을 연결시켜 준다. 상기 피그 유니온(208)의 조임과 풀림은 수동으로 조작이 가능하여 손쉽게 상기 모세관(202)과 상기 액체 타겟 공급관(218)을 연결하거나, 상기 모세관(202)을 상기 액체 타겟 공급관(218)으로부터 분리할 수 있다.
상기 액체 타겟 공급관(218)은 상기 유니온(208)으로부터 소정의 거리만큼 나선의 형상을 하고 있는데, 이는 상기 액체 타겟 공급관(218)의 외부에 위치하는 액화질소와의 접촉 표면적을 넓히기 위함이다.
상기 액체 타겟 공급관(218)의 외부에는 이중 벽으로 되어 있는 냉각관(206) 이 위치하고 있고, 상기 냉각관(206)과 상기 액체 타겟 공급관(218)의 사이에는 액체질소가 채워진다. 상기 액체 타겟 공급관(218)으로는 고순도 질소 가스가 유입되며 상기 고순도 질소 가스는 상기 액체 타겟 공급관(218)을 통과하면서 외부에 채워진 액체질소에 의해 액화되어 상기 모세관(202)을 통해 상기 진공 챔버(102) 내부로 공급된다. 상기 액체 타겟 공급관(218)의 일부를 나선형으로 구성한 것은 액체질소가 액체 타겟 공급관(218)과 접촉하는 표면적을 최대한 넓게 하여 고순도 질소 가스를 충분히 액화시키고, 고순도 질소 가스에 포함된 소량의 수분을 상기 액체 타겟 공급관(218)의 내면에 최대한 응착시키기 위함이다.
도 10은 고순도 질소 가스의 압력에 따른 제트의 안정성을 나타낸 것이다.
도 9는 끝의 직경이 13 마이크로미터인 모세관에 대해 시행한 질소 가스의 압력에 따른 제트의 안정성 실험 결과인데, 가로축은 모세관 끝으로부터의 거리를, 세로축은 제트의 진동 폭을 나타낸 것이다. 상기 액화질소제트(119)를 형성하기 위해선 고순도 질소 가스에 압력을 가해야 하는데, 압력의 크기에 따라 제트의 형성 및 안정 구간의 길이가 달라질 수 있어 실험을 통해 압력에 따른 제트의 안정 구간에 대해 검토하였다. 집속된 고출력 레이저 빔(118)은 안정한 구간의 액화질소제트(119)에 조사되어야 하는데, 제트의 안정 구간이 짧으면 조사부위가 모세관(202)의 끝과 너무 가까워 플라즈마 발생시 발생하는 고온의 열에 의해 상기 모세관(202)의 끝이 손상될 염려가 있기 때문에 제트의 안정 구간이 어느 정도 지속될 필요가 있다.
모세관(202) 끝이 플라즈마 발생에 의한 열에 의해 직접적으로 손상되지 않 는 최소한의 안정 구간은 약 700 마이크로미터이다. 도 9에서 알 수 있듯이, 끝의 직경이 13 마이크로미터인 모세관(202)에 대해, 700 마이크로미터의 안정 구간을 유지할 수 있는 최소한의 압력은 0.5 메가파스칼이다. 압력이 커질수록 액화질소제트(119)의 안정 구간은 늘어나다가 4 메가파스칼 이상이면 액화질소제트(119)가 형성되지 않고 타겟이 오히려 퍼지게 된다.
상기 액체 제트의 형성 및 안정 구간은 레이놀즈 수와 관련이 있는데, 상기 레이놀즈 수는 상기한 압력에 의해 결정되는 제트의 속도뿐만 아니라 모세관 끝의 직경도 변수로 하고 있다. 즉, 압력 범위과 모세관 끝의 직경에 의해 제트의 형성 및 안정구간의 범위가 정해지게 된다. 본 실시예에서는 상기 고순도 질소 가스 압력을 0.5 내지 3 메가파스칼로 하였는데, 이 수치는 상기한 끝의 직경(13 마이크로미터)을 가지는 모세관(202)에 의해 형성시킬 수 있는 안정한 액화질소제트(119)의 압력 범위이다.
상기 카트리지(204)는 결합구(211)를 통해 냉각관(206)과 결합되어 있다. 상기 결합구(211)의 냉각관(206) 및 카트리지(204)가 연결되는 부위에는 금속 와이어(210)가 링(ring)의 형태로 감겨 있어 볼트로 결합시키게 되면 금속 와이어는 눌리게 되고 상기 금속 와이어(210)에 의해 냉각관(206)과 카트리지(204) 내부에 채워지는 액체질소와 진공 챔버(102) 내부의 사이가 견고하게 밀폐된다.
본 실시예에서 상기 금속 와이어(210)로 무른 재질로서 직경이 1 미리미터인 주석(Sn) 혹은 알루미늄(Al) 와이어를 사용하였는데, 이로 인해 손쉽게 진공 실링(sealing)을 할 수 있고, 액체질소 공급에 의한 갑작스런 온도 변화에도 불구하고 상기 진공 챔버(102) 내부의 진공도를 유지시킬 수 있으며, 작고 복잡한 구조에도 쉽게 적용할 수 있다.
상기 냉각관(206)의 중앙부에는 상기 액체 제트 공급 장치(108)와 상기 진공 챔버(102)를 결합시키기 위한 진공 챔버 체결구(224)가 장착되어 있다. 상기 액체 제트 공급 장치(108) 중 상기 진공 챔버 체결구(224)로부터 상기 모세관(202) 단부까지는 상기 진공 챔버(102)의 내부에 위치하며, 나머지 부분은 진공 챔버(102)의 외부에 위치한다.
상기 냉각관(206) 중 상기 진공 챔버(102)의 외부에 위치하는 부분의 외부에는 냉각관 보호벽(212)이 위치하고 있다. 상기 냉각관(206)과 상기 냉각관 보호벽(212)의 사이는 진공상태인데, 상기 진공은 냉각관(206)의 내부에 채워진 극저온의 액체질소와 냉각관 보온벽(212)의 외부에 존재하는 상온의 기체 간에 단열작용을 한다.
상기 액체 타겟 공급 장치(108)는 일 단이 상기 냉각관(206)의 내부로 삽입되어 액체질소를 상기 냉각관(206)의 내부로 공급하는 냉각 용매 공급관(214)과 일 단이 상기 냉각관(206)의 내부로 삽입되어 기화된 액체질소를 외부로 배출하는 냉각 용매 배출관(216)을 포함하고 있다. 상기 액체질소는 상기 액체 타겟 공급관(218)을 통해 흐르는 고순도 질소 가스 및 상온의 기체를 냉각시킨 후 소량씩 기화되는데, 상기 기화된 액체질소는 상기 냉각 용매 배출관(216)을 통해 외부로 배출되고, 기화된 액체질소의 양만큼의 액체질소가 상기 냉각 용매 공급관(214)를 통해 재공급된다.
상기 액체 타겟 공급 장치(108)는 상기 냉각관(206)의 내부에 위치하는 액체 타겟 공급관(218)에 장착되어, 공급되는 고순도 질소 가스에 포함된 이물질을 걸러내는 마이크로 필터(220)와 상기 마이크로 필터(220)를 통과한 질소 가스에 포함된 수분을 걸러주기 위한 수분 필터(222)를 포함하고 있다. 고순도 질소 가스도 약간의 불순물과 수분을 포함하고 있기 때문에 상기 마이크로 필터(220)와 수분 필터(222)를 통해 이를 제거한다. 상기 수분 필터(222)를 통과했음에도 불구하고 여전히 고순도 질소 가스에 포함되어 있는 수분은 상기 액체 타겟 공급관(218)의 나선형 구간에서 관의 내부에 응착되기 때문에 결국 2번에 걸쳐 수분 제거 작업이 이루어 진다. 수분 필터(222)를 마이크로 필터(220)보다 먼저 배치시키는 경우 질소 가스에 포함된 이물질에 의해 수분 필터(222)가 오염될 수 있으므로 마이크로 필터(220)를 수분 필터(222)보다 먼저 배치시킨다.
이하, 본 실시예의 작동과정을 설명한다.
우선, 진공 챔버(102) 내부의 진공도를 진공 배기계(104)를 이용하여 10-6 Torr로 형성하고, 냉각관(206) 및 카트리지(204)에 냉각 용매 공급관(214)을 통해 액체질소를 채운 후, 고순도 질소 가스를 액체 타겟 공급관(218)으로 공급한다. 상기 고순도 질소 가스는 마이크로 필터(220) 및 수분 필터(222)를 통과하면서 불순물과 수분이 제거되고, 나머지 수분은 상기 액체질소에 의해 냉각된 액체 타겟 공급관(218)의 나선형 구간에서 다시 한 번 응착된다. 이 때, 상기 액체 타겟 공급관(218)의 외부에 채워진 액체질소에 의해 상기 액체 타겟 공급관(218)을 통해 흐르 는 상기 고순도 질소 가스는 액화되기 시작하며, 상기 액체 타겟 공급관(218)을 통과한 액화질소는 모세관(202)을 통해 충분히 액화되어 액체 제트형태로 진공 챔버(102) 내부로 분사되고, 액체 제트 흡입 장치(110)를 통해 진공 챔버(102) 외부로 배출된다. 이 과정에서 액화질소가 레이저 공급 장치(106)로부터 공급된 고출력 레이저 빔(118)과 상호작용을 하고, 플라즈마가 형성되며, 상기 플라즈마 내부의 이온화 상태의 질소 원자들이 들뜬 상태의 준위에서 바닥 상태의 준위로 전이하는 과정에서 연 X선이 발생한다. 발생된 연 X선은 특정 방향에 위치한 X선 투과용 박막 필터를 거쳐 연 X선 현미경에 공급된다.
본 실시예의 사용예로 연 X선 발생을 설명하였으나, 다른 실시에에서는 액체 타겟으로 다른 물질을 사용하거나, 액체 타겟에 나노 입자를 포함시켜 극자외선과 같은 파장이 다른 빛을 발생시킬 수 있다.
본 실시예에서는 냉각관(206)의 내부에 채워진 액체질소를 이용하여 액체 타겟 공급관(218)으로 공급되는 가스를 저온상태로 액화시켜 모세관(202)을 통해 액화질소제트(119)을 형성하였으나, 다른 실시예에서는 냉각시키기 위해 냉각관이 아닌 열을 가해줄 수 있는 발열체를 이용하여 액체 타겟 공급관(218)으로 공급되는 녹는점이 낮은 금속을 녹여 모세관(202)을 통해 금속 액체 제트를 형성시킬 수 있다.
본 발명에 의하면 고체 타겟을 사용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치에 포함된 고체 타겟을 회전 또는 이동시키기 위한 구동 메커니즘이 불필요하고, 타겟을 교체해야 하는 불편함이 제거되며, 파편의 발생이 원천적으로 방지되어 주변에 위치한 고가의 광학기기, 진공 챔버, 금속 박막 필터 등이 코팅되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 액체 금속을 포함한 다양한 액체 타겟 및 그 내부에 포함될 수 여러 가지 나노입자의 사용이 가능하여 X선 및 극자외선 영역의 파장의 세기가 강한 빛을 만들 수 있다.

Claims (14)

  1. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 있는 진공 배기계;
    상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 진공 챔버 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급 장치;
    상기 진공 챔버의 일 측면에 장착되어 상기 레이저 빔이 조사되는 액체 타겟을 상기 진공 챔버 내부로 공급하는 액체 제트 공급 장치; 및
    상기 진공 챔버 내부로 공급된 액체 타겟을 흡입하는 액체 제트 흡입 장치;를 포함하고,
    상기 액체 제트 공급 장치는
    실리카 재질이고, 일단이 점차 뾰족해져 관 끝의 직경이 5내지 20 마이크로미터이며, 상기 진공 챔버 내부에서 액체 제트를 형성시키는 모세관:
    상기 모세관을 내부에 포함하는 카트리지;
    상기 모세관에 액체 타겟을 공급하는 액체 타겟 공급관을 내부에 포함하는 냉각관;
    상기 액체 타겟 공급관과 상기 모세관을 결합시키는 피크(PEEK) 유니온;
    상기 카트리지와 상기 냉각관을 결합시키기 위한 결합구;
    상기 냉각관의 일 측면 외부에 위치하고 있는 냉각관 보온벽;
    냉각 용매를 상기 냉각관의 내부로 공급하는 냉각 용매 공급관;
    기화된 냉각 용매를 상기 냉각관의 외부로 배출하는 냉각 용매 배출관; 및
    상기 냉각관 보온벽의 내부에 위치하는 액체 타겟 공급관에 장착되어, 공급되는 타겟에 포함된 이물질을 걸러내는 마이크로 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    소정의 파장을 가지는 광만을 통과시키는 X선 투과용 박막 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 X선 투과용 박막 필터는 티타늄 200 나노미터 박막과 알루미늄 150 나노미터 박막의 조합인 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 공급 장치로부터 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔과 액체 타겟의 상호작용에 의해 발생한 광의 세기를 측정하는 X선 포토 다이오드(photo diode)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔이 액체 타겟에 조사되는 부위 및 상기 액체 타겟의 상태를 모니터하기 위한 텔레 줌 마이크로스코프(tele zoom microscope)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 공급장치에 의해 상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔의 이동 경로를 조절하는 복수개의 반사 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 공급장치에 의해 공급되는 레이저 빔을 상기 진공 챔버 내부로 투과시키기 위한 레이저 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 공급장치에 의해 상기 진공 챔버 내부로 공급되는 레이저 빔의 이동 경로 상에 집속 렌즈가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 액체 제트 공급 장치는 마이크로 필터를 통과한 타겟에 포함된 수분을 걸러주기 위한 수분 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 결합구의 냉각관 및 모세관이 연결되는 부위에는 밀폐를 위한 금속 와이어가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 액체 타겟 공급관 중 일부분은 나선형인 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각관과 냉각관 보온벽 사이는 진공상태인 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 모세관의 일 단부 외경에는 라이너가, 상기 라이너의 일부 외경에는 페 룰이, 상기 카트리지의 일 단부에는 모세관 결합구가 결합되어 있고, 상기 모세관 결합구가 상기 페룰을 모세관의 축방향으로 가압하면 상기 페룰이 상기 라이너를 모세관의 반경방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 액체 타겟을 이용한 X선 및 극자외선 광원 발생장치.
  14. 삭제
KR1020050088459A 2005-09-23 2005-09-23 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치 KR100617603B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050088459A KR100617603B1 (ko) 2005-09-23 2005-09-23 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050088459A KR100617603B1 (ko) 2005-09-23 2005-09-23 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100617603B1 true KR100617603B1 (ko) 2006-09-05

Family

ID=37625496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050088459A KR100617603B1 (ko) 2005-09-23 2005-09-23 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100617603B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100841478B1 (ko) * 2007-08-28 2008-06-25 주식회사 브이엠티 다중 모세관의 장착이 가능한 액체 타겟 공급 장치 및 이를구비한 ｘ선 및 극자외선 광원 발생 장치
KR102168726B1 (ko) * 2019-04-23 2020-10-22 한국표준과학연구원 시료챔버용 광학대물렌즈 정렬 마운트, 상기 마운트에 장착되는 전자 관통공 구비 광반사 거울, 및 이들을 포함하는 분광기 구비 광-전자 융합현미경
KR20210126891A (ko) 2020-04-13 2021-10-21 주식회사 일렉필드퓨처 엑스레이 및 자외선 발생소자 및 장치
KR20230141333A (ko) 2022-03-31 2023-10-10 주식회사 일렉필드퓨처 엑스레이 또는 자외선 발생 장치

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100841478B1 (ko) * 2007-08-28 2008-06-25 주식회사 브이엠티 다중 모세관의 장착이 가능한 액체 타겟 공급 장치 및 이를구비한 ｘ선 및 극자외선 광원 발생 장치
WO2009028884A2 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Vmt Co., Ltd. Liquid target producing device being able to use multiple capillary tube and x-ray and euv light source device with the same
WO2009028884A3 (en) * 2007-08-28 2009-04-23 Vmt Co Ltd Liquid target producing device being able to use multiple capillary tube and x-ray and euv light source device with the same
US8396190B2 (en) 2007-08-28 2013-03-12 Vmt Co., Ltd Liquid target producing device being able to use multiple capillary tube and X-ray and EUV light source device with the liquid target producing device
KR102168726B1 (ko) * 2019-04-23 2020-10-22 한국표준과학연구원 시료챔버용 광학대물렌즈 정렬 마운트, 상기 마운트에 장착되는 전자 관통공 구비 광반사 거울, 및 이들을 포함하는 분광기 구비 광-전자 융합현미경
KR20210126891A (ko) 2020-04-13 2021-10-21 주식회사 일렉필드퓨처 엑스레이 및 자외선 발생소자 및 장치
KR102460837B1 (ko) 2020-04-13 2022-11-01 주식회사 일렉필드퓨처 엑스레이 및 자외선 발생소자 및 장치
KR20230141333A (ko) 2022-03-31 2023-10-10 주식회사 일렉필드퓨처 엑스레이 또는 자외선 발생 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI639721B (zh) 用於極紫外光源之靶材供給裝置
JP3943089B2 (ja) Ｘ線放射線または極紫外線放射線を発生するための方法および装置
TWI469690B (zh) 用於微滴捕捉器以防止極紫外線產生腔室內回濺之系統、方法與裝置
JP5552051B2 (ja) レーザ生成プラズマｅｕｖ光源のためのガス管理システム
TWI539867B (zh) Euv裝置及其操作方法
TWI430713B (zh) 用於euv光源之裝置
US8569721B2 (en) Extreme ultra violet light source apparatus
JP2021113992A (ja) レーザ生成プラズマ光源向けのドロップレット生成装置
US7732794B2 (en) Extreme ultra violet light source apparatus
US20140246607A1 (en) Euv light source using cryogenic droplet targets in mask inspection
US6977383B2 (en) Method and apparatus for generating a membrane target for laser produced plasma
WO2001030122A1 (fr) Generation d&#39;un brouillard dense de gouttelettes micrometriques notamment pour la lithographie a uv extreme
JP2001108799A (ja) Ｘ線発生装置、ｘ線露光装置及び半導体デバイスの製造方法
KR100617603B1 (ko) 액체 타겟을 이용한 ｘ-선 및 극자외선 광원 발생장치
US8829477B2 (en) Droplet generator with actuator induced nozzle cleaning
US20050175149A1 (en) Capillary tubing
Kranzusch et al. Spatial characterization of extreme ultraviolet plasmas generated by laser excitation of xenon gas targets
US20070019789A1 (en) Systems and methods for achieving a required spot says for nanoscale surface analysis using soft x-rays
JP2000098098A (ja) Ｘ線発生装置
KR100841478B1 (ko) 다중 모세관의 장착이 가능한 액체 타겟 공급 장치 및 이를구비한 ｘ선 및 극자외선 광원 발생 장치
US7306015B2 (en) Device and method for the creation of droplet targets
De Groot et al. Capillary nozzles for liquid-jet laser-plasma x-ray sources
JPH11133195A (ja) Ｘ線光源装置
Hertz et al. Liquid-jet laser-plasma X-ray sources for microscopy and lithography
JP2001284098A (ja) Ｘ線発生用ターゲット及びｘ線発生装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120822

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130822

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140822

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee