KR100629368B1 - 라인 협대역화 모듈 및 이를 구비한 노광설비용 레이저장치 - Google Patents

라인 협대역화 모듈 및 이를 구비한 노광설비용 레이저장치 Download PDF

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Abstract

라인 협대역화 모듈을 제공한다. 개시된 상기 라인 협대역화 모듈은 제 1 및 제 2 초점을 갖되 상기 제 2 초점과 근접된 부분이 개방된 타원경과, 상기 제 1 초점에 배치되는 회절 격자, 및 상기 제 2 초점을 포함하는 소정 영역으로 입사되는 레이저 빔을 상기 회절 격자로 분광시키는 한편 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔 만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛을 구비한다. 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분은 상기 타원경에 의해 상기 제 2 초점을 포함하는 소정 영역으로 집광된다. 또한, 상기 라인 협대역화 모듈을 구비한 노광설비용 레이저 장치를 제공한다.
노광설비, 레이저, 라인 협대역화, 파장

Description

라인 협대역화 모듈 및 이를 구비한 노광설비용 레이저 장치{LINE NARROWING MODULE AND LASER APPARATUS FOR EXPOSURE EQUIPMENT COMPRISING THE SAME}
도 1은 종래의 노광설비용 레이저 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치의 구성도이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
110 : 레이저 발진기 112 : 전면창
114 : 후면창 116 : 레이저 여기영역
120 : 레이저 빔 복귀 유닛 130 : 부분 반사미러
140 : 광 검출 유닛 150 : 광 분석 유닛
200 : 라인 협대역화 모듈 210 : 챔버
220 : 타원경 224 : 출력창
227 : 방열판 230 : 회절 격자
240 : 레이저 빔 분기 유닛 250 : 회절 격자 냉각 유닛
252 : 냉각 가스 공급부 254 : 가스 공급 제어 밸브
256 : 노즐 260 : 냉각 가스 확산 방지부
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조를 위한 노광설비의 광원으로 사용되는 레이저를 발생시키는 노광설비용 레이저 장치 및 이에 구비되는 라인 협대역화 모듈에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화 및 박형화의 요청에 따라 반도체 소자의 제조를 위한 노광설비의 광원은 반도체 소자의 고밀도화를 위해 해상도가 더욱 높아지고, 초점의 심도는 더욱 깊어져야 할 필요가 있기 때문에 단파장화가 진행되어 왔다. 이에 따라 상기 노광설비의 광원은 초고압 수은램프의 g선이나 i선으로부터 더욱 파장이 짧은 KrF 엑시머 레이저(약 248nm 파장)로, 나아가서는 ArF 엑시머 레이저(약 193nm 파장)와 같이 보다 단파장의 형태로 순차 이행되어 왔으며, 최근에는 F2 레이저(약 157nm 파장)의 실용화도 진행되고 있다.
그러나 KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저와 같은 심자외 영역을 발 진 레이저로 이용하는 것으로는 투영 렌즈에 사용되는 광학 재료의 종류가 적고, 색수차 보정이 곤란하다. 그 때문에 상기한 바와 같은 유형의 엑시머 레이저에서는 투영 렌즈를 통해 색수차 보정을 행하지 않는 단색 레이저를 사용하고, 엑시머 레이저 자체의 라인 협대역화를 행함으로써 단색성을 높여 노광설비의 광원으로 이용하도록 하고 있다.
도 1에는 종래의 노광설비용 레이저 장치의 개략적 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 레이저 장치(10)는 크게 레이저 발진기(20)와, 라인 협대역화 모듈(30), 및 아웃풋 커플러(40)를 포함하여 구성된다.
상기 레이저 발진기(20)는 그 내부에 충전된 Ar, Kr, Ne, F2 등의 레이저 가스를 전자빔 조사나 방전 등에 의해 여기 상태로 전환시키고, 여기된 F 원자는 기저 상태의 불활성 KrF, ArF 등과 결합해서 엑시머 레이저라 불리는 여기 상태로만 존재하는 분자를 생성한다. 상기 엑시머 레이저는 불안정하기 때문에 즉시 자외광을 방출해서 기저 상태로 떨어진다. 이것을 자연발광이라 하며, 이러한 여기분자를 이용하여 상기 레이저 발진기(20) 내에서 동위상의 광으로 증폭해서 레이저 빔으로 출력한다. 여기서 참조부호 21은 레이저 여기영역을 나타낸다.
상기 레이저 발진기(20)를 통해 출력된 레이저 빔은 후면창(24)을 통해 라인 협대역화 모듈(30)로 입사되어 라인 협대역화가 이루어지게 된다. 보다 구체적으로 살펴보면, 슬릿(31)을 통과한 레이저 빔은 프리즘 빔신장기(32)에 의해 분산된 후 전반사미러(34)를 통해 회절 격자(36)로 입사되어 회절된다. 이와 같이 회절된 레 이저 빔 중 원하는 소정 파장의 레이저 빔이 다시 상기 레이저 발진기(20)로 재입사될 수 있도록 상기 라인 협대역화 모듈(30) 내의 구성요소들(31, 32, 34)이 배치된다.
그런데 상기한 종래의 라인 협대역화 모듈(30)의 경우, 상기 레이저 발진기(20)로 재입사되는 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 파장의 레이저 빔들은 상기 라인 협대역화 모듈(30) 내에서 흑체에 의해 자연소멸되도록 구성되어 있어 광에너지를 헛되이 낭비시키는 결과를 가져와 에너지 효율이 극히 나쁜 문제점이 있다.
한편, 상기 레이저 발진기(20)로 재입사된 소정 파장의 레이저 빔은 전면창(23)을 통해 아웃풋 커플러(40)로 입사된 후 부분반사미러(42)에 의해 약 20%의 레이저 빔 만이 노광설비의 광원으로 출력된다. 나머지 약 80%의 레이저 빔은 반사되어 상기 레이저 발진기(20)의 레이저 여기영역(21)에서 증폭된 후 상기 후면창(24)을 통해 상기 라인 협대역화 모듈(30)로 입사되어 전술한 과정을 재차 반복하게 된다.
노광을 위해 상기 아웃풋 커플러(40)에서 출력되는 레이저 빔이 KrF 엑시머 레이저인 경우, 레이어(layer)의 크리티컬(critical)한 노광을 위해 그 파장은 약 248.4nm의 파장이 사용되고, 스펙트럼 대역폭(bandwidth)은 0.6pm의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 그런데 상기 레이저 발진기(20)로 재입사된 소정 파장의 레이저 빔은 최초 원하는 소정 범위의 양호한 스펙트럼 대역폭(bandwidth), 예를 들어 0.6pm의 대역폭(bandwidth)으로 협대역화 되었으나, 상기 레이저 발진기(20)의 레 이저 여기영역(21)에서 자연방출된 레이저 빔과 섞이게 됨으로써 스펙트럼 대역폭(bandwidth)이 불량해져 레이저 빔의 스펙트럼 분포가 현저히 악화되는 문제점이 있다. 1pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth) 변화시 약 0.225㎛의 포커스가 변하기 때문에 레이어(layer)의 크리티컬(critical)한 노광을 위해서는 스펙트럼 대역폭(bandwidth)의 정확한 관리가 이루어져야 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 광에너지가 헛되이 낭비되지 않도록 함으로써 에너지 효율을 향상시키고, 라인 협대역화된 레이저 빔의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 소정 범위로 유지시켜 양호한 스펙트럼 분포가 유지될 수 있도록 한 노광설비용 레이저 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들은 노광설비용 레이저 장치 및 이에 사용되는 라인 협대역화 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 노광설비용 레이저 장치는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기의 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 라인 협대역화하여 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 출력하고 그 외 다른 파장의 레이저 빔 대부분을 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 라인 협대역화 모듈, 및 상기 레이저 발진기의 후면창을 통해 출사되는 레이저 빔을 상기 레이저 발진기로 복귀시키는 레이저 빔 복귀 유닛을 포함한다.
본 발명의 실시예들에서, 상기 라인 협대역화 모듈은 회절 격자, 상기 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 상기 회절 격자로 분광시키는 한편 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛, 및 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분을 상기 전면창을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 타원경을 포함할 수 있다. 이때, 상기 타원경의 일측에는 상기 레이저 빔 분기 유닛을 통해 취출된 상기 소정 파장의 레이저 빔이 출력되는 출력창이 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 레이저 빔 분기 유닛은 일측면에 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 반사시켜 상기 출력창을 통해 출력되도록 하는 선택적 반사막이 코팅된 분광 프리즘일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 출력창에는 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 투과시키되, 그 외 다른 파장의 레이저 빔은 반사시키는 선택적 투과막이 코팅될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 출력창을 제외한 상기 타원경의 내측면에는 고반사막이 코팅될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 타원경은 제 1 및 제 2 초점을 갖되, 상기 제 2 초점과 근접된 부분이 개방된 형태를 가지는 한편, 상기 제 2 초점에 상기 레이저 발진기의 전면창이 위치하도록 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 타원경의 제 1 초점에 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 타원경의 외측면에는 상기 타원경의 열을 외부로 방열하기 위한 방열판이 추가로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 라인 협대역화 모듈에는 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 전면창을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사되지 못하는 레이저 빔을 소멸시키는 챔버가 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 라인 협대역화 모듈을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔을 검출하는 광 검출 유닛과, 상기 광 검출 유닛으로부의 검출치를 기초로 상기 소정 파장의 레이저 빔의 광 강도, 파장, 스펙트럼 대역폭(bandwidth) 등을 비교분석하는 광 분석 유닛이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 라인 협대역화 모듈을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔은 약 248.4nm 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 갖는 약 248.3271nm 파장의 KrF 엑시머 레이저일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 라인 협대역화 모듈에는 상기 회절 격자의 이면을 향해 냉각 가스를 분사함으로써 상기 회절 격자를 냉각시키기 위한 회절 격자 냉각 유닛이 추가로 구비될 수 있다. 이때, 상기 냉각 가스는 질소 또는 헬륨일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 회절 격자의 전면으로 상기 냉각 가스가 확산되는 것을 방지하기 위한 냉각 가스 확산 방지부가 상기 타원경에 추가로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 레이저 발진기의 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 라인 협대역화하여 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 출력하고, 그 외 다른 파장의 레이저 빔 대부분은 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 라인 협대역화 모듈이 제공된다. 이때, 상기 라인 협대역화 모듈은 회절 격자와, 상기 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 상기 회절 격자로 분광시키는 한편 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛, 및 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분을 상기 전면창을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 타원경을 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치 및 이에 사용되는 라인 협대역화 모듈에 대해 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위해 다소 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2 내지 도 5에는 본 발명의 실시예들에 따른 노광설비용 레이저 장치가 도시되어 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광설비용 레이저 장치는 기본적으로 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기(110)와, 상기 레이저 발진기(110)의 전면창(112)을 통해 입사된 레이저 빔을 라인 협대역화하여 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 출력하고 그 외 다른 파장의 레이저 빔 대부분을 상 기 레이저 발진기(110)로 재입사시키는 라인 협대역화 모듈(200), 및 상기 레이저 발진기(110)의 후면창(114)을 통해 출사되는 레이저 빔을 상기 레이저 발진기(110)로 복귀시키는 레이저 빔 복귀 유닛(120)을 포함한다.
상기 레이저 발진기(110)는 그 내부에 충전된 Kr, Ne, F2 등의 레이저가스를 전자빔 조사나 방전 등에 의해 여기시키고, 이와 같이 여기된 F 원자는 기저 상태의 불활성 KrF 원자와 결합해서 소위 엑시머라 불리는 여기 상태로만 존재하는 분자를 생성한다. 상기 엑시머는 불안정하기 때문에 즉시 기저 상태로 떨어지게 되면서 자외광, 즉 레이저 빔을 방출하게 되는데, 이를 자연 발광이라 한다. 이와 같이 생성된 레이저 빔은 상기 레이저 발진기(110)의 전면창(112)을 통해 상기 라인 협대역화 모듈(200)로 입사된다. 여기서 참조부호 116은 레이저 여기영역을 나타내고, P는 레이저 빔의 광로를 나타낸다.
한편, 상기 라인 협대역화 모듈(200)은 입사된 레이저 빔을 라인 협대역화하여 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 출력하고 그 외 다른 파장의 레이저 빔 대부분을 상기 레이저 발진기(110)로 재입사시킨다. 여기서 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)은 약 248.4nm 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 갖는 약 248.3271nm 파장의 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 이득 매체로서 상기 레이저 발진기(110) 내부에 충전된 레이저가스가 Ar, Ne, F2 등인 경우 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)은 약 193nm 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저일 수도 있다.
본 발명의 실시예들에서는 도 1을 통해 설명한 종래 기술에서와 같이 상기 다른 파장의 레이저 빔 대부분을 헛되이 소멸시키지 않고, 다시 상기 레이저 발진기(110)로 재입사시켜 증폭시킨 후 재사용하기 때문에 광에너지의 사용 효율이 매우 뛰어나다. 또한, 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 갖도록 라인 협대역화된 소정 파장의 레이저 빔(L)을 선택적으로 취출하여 곧바로 노광용 광원으로 사용한다. 따라서 상기 종래 기술에서와 같이 레이저 발진기(20, 도 1 참조) 내부에서 자연 발광 또는 유도 발광된 다른 파장의 레이저 빔과 섞이게 됨으로써 스펙트럼 대역폭(bandwidth)이 불량해져 레이저 빔의 스펙트럼 분포가 악화되던 문제점을 해소할 수 있다.
이를 위한 상기 라인 협대역화 모듈(200)은 회절 격자(230), 상기 전면창(112)을 통해 입사된 레이저 빔을 상기 회절 격자(230)로 분광시키는 한편 상기 회절 격자(230)를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛(240), 및 상기 회절 격자(230)를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분을 상기 전면창(112)을 통해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사시키는 타원경(220)을 포함한다. 이때, 상기 타원경(220)의 일측에는 상기 레이저 빔 분기 유닛(240)을 통해 취출된 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)이 출력되는 출력창(224)이 마련된다.
한편, 상기 레이저 빔 분기 유닛(240)은 일측면에 선택적 반사막(241)이 코팅된 분광 프리즘(242)일 수 있다. 즉, 상기 전면창(112)을 통해 입사된 레이저 빔을 상기 회절 격자(230)로 분광시키되, 상기 회절 격자(230)를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 반사시켜 상기 출력창(224)을 통해 출력되도록 한다.
이때, 상기 선택적 반사막(241)은 굴절률이 서로 다른 2개의 유전층을 반복적으로 적층하되, 각 유전층의 두께를 λ/4n 보다 짧게 하거나 또는 길게함으로써 전체 적층구조가 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 반사하도록 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 출력창(224)에는 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)만을 선택적으로 투과시키되, 그 외 다른 파장의 레이저 빔은 반사시키는 선택적 투과막(225)이 코팅된다. 이러한 선택적 투과막(225) 역시 상기한 바와 같이 굴절률이 서로 다른 2개의 유전층을 반복적으로 적층하여 형성시킬 수 있다.
한편, 상기 타원경(220)은 상기 회절 격자(230)를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분을 반사시켜 상기 전면창(112)을 통해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사시키기 위한 것이다. 이를 위해 상기 타원경(220)은 상기 타원경(220)의 일 초점에 상기 레이저 발진기(110)의 전면창(112)이 위치하도록 배치되고, 상기 회절 격자(230)는 상기 타원경(220)의 타 초점에 위치하도록 배치된다. 이는 타원의 일 초점에서 출발한 빛이 타 초점으로 모이게 되는 원리를 이용한 것이다. 또한, 상기 타원경(220)의 내측면에서의 효율적인 반사를 위해 상기 출력창(224)을 제외한 상기 타원경(220)의 내측면에는 고반사막이 코팅될 수 있다. 또한, 상기 타원경(220)의 외측면에는 상기 나머지 레이저 빔 대부분을 반사시켜 상기 전면창(112)을 통해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사시키는 과정에서 가열됨으로써 상기 타원경(220)이 갖게 되는 열을 외부로 방열하기 위한 방열판(227)이 추가로 마련될 수 있다. 이를 통해 상기 타원경(220)의 열화에 따른 손상을 방지할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광설비용 레이저 장치를 도시하고 있는데, 도 3을 참조하면, 상기 라인 협대역화 모듈(200)에는 상기 회절 격자(230)를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 전면창(112)을 통해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사되지 못하는 소량의 레이저 빔을 흡수하여 자연소멸시키는 챔버(210)가 추가로 구비될 수 있다. 미 설명부호 224는 상기 출력창(224)을 통해 취출되는 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 통과시키는 창을 나타낸다.
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광설비용 레이저 장치를 도시하고 있는데, 도 4를 참조하면, 상기 라인 협대역화 모듈(200)에는 상기 회절 격자(230)의 이면을 향해 냉각 가스를 분사함으로써 상기 회절 격자(230)를 냉각시키기 위한 회절 격자 냉각 유닛(250)이 추가로 구비될 수 있다. 이러한 회절 격자 냉각 유닛(250)은 냉각 가스 공급부(252), 가스 공급 조절 밸브(254), 및 상기 타원경(220)을 관통하여 상기 가스 공급 조절 밸브(254)를 통해 공급되는 상기 냉각 가스를 상기 회절 격자(230)의 이면 중앙부를 향해 분사하는 노즐(256)로 구성된다. 이때, 상기 냉각 가스로는 질소가 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 질소 보다 더 작은 차동 굴절율을 갖고, 더 좋은 열전도 특성을 갖는 헬륨이 사용될 수 있다.
일반적으로 라인 협대역화를 위해 상기 회절 격자(230)에 지속적으로 입사되는 레이저 빔의 약 15~20％가 상기 회절 격자(230)의 격자 표면에서 흡수될 수 있 고, 이에 따라 상기 회절 격자(230)가 가열되어 열화된다. 이때, 상기 회절 격자(230)의 중앙부에 상대적으로 레이저 빔이 집중될 수 있고, 그에 따라 외각부 보다 더 온도가 상승하게 될 수 있다. 이러한 상기 회절 격자(230)의 비균일적 온도 상승은 상기 격자 표면 전방의 공기층의 밀도를 불균일하게 만듦으로써 레이저 빔이 상기 회절 격자(230)의 중앙부와 외각부를 지날 때 상이한 위상 변이를 가지게 될 수 있다. 상기 회절 격자 냉각 유닛(250)은 상기 회절 격자(230)의 이면 중앙부를 향해 냉각 가스를 분사하여 상기 회절 격자(230)를 냉각시킴으로써 열화에 따른 손상을 막고, 그 온도 분포가 균일하게 형성되도록 함으로써 상기 회절 격자(230)의 격자 표면 전방의 공기층의 밀도가 불균일하게 형성되는 것을 방지한다.
한편, 상기 냉각 가스가 상기 회절 격자(230)의 전면으로 확산되는 것을 방지하기 위한 냉각 가스 확산 방지부(260)가 추가로 구비될 수 있다. 이때, 상기 냉각 가스 확산 방지부(260)는 상기 타원경(220)에 설치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 가스 확산 방지부(260)는 상기 냉각 가스가 확산됨으로써 상기 회절 격자(230)의 격자 면상에 직접 흐르게 될 경우 발생할 수 있는 레이저 빔의 일그러짐 현상을 방지하기 위한 것이다.
한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광설비용 레이저 장치를 도시하고 있는데, 도 5를 참조하면, 상기 라인 협대역화 모듈(200)을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 검출하기 위한 광 검출 유닛(140)과, 상기 광 검출 유닛(140)으로부의 검출치를 기초로 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)의 광 강도, 파장, 스펙트럼 대역폭(bandwidth) 등을 비교분석하는 광 분석 유닛(150)이 추 가로 구비될 수 있다. 여기서 상기 광 검출 유닛(140)은 포토 센서일 수 있고, 상기 광 분석 유닛(150)은 소정의 비교분석 프로그램을 구비한 컴퓨터일 수 있다. 이러한 상기 광 검출 유닛(140) 및 광 분석 유닛(150)을 통해 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 실시간으로 분석함으로써 그 광 강도, 파장 및 스펙트럼 대역폭(bandwidth)이 요구되는 범위 내의 값으로 유지될 수 있도록 제어할 수 있다. 여기서 미설명부호 130은 상기 라인 협대역화 모듈(200)을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔(L) 대부분을 투과시키되, 그 일부만을 반사시키도록 하는 부분 반사막(132)이 코팅된 부분 반사미러를 나타낸다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들에서 상기 레이저 빔 복귀 유닛(120)은 상기 타원경(220)에 의해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사된 후, 상기 레이저 발진기(110)의 후면창(114)을 통해 출사되는 레이저 빔을 다시 상기 레이저 발진기(110) 내부로 복귀시켜 상기 레이저 여기영역(116)에서 유도 발광을 통해 증폭되도록 하기 위한 것이다. 이러한 레이저 빔 복귀 유닛(120)으로는 전반사미러가 채택될 수 있다. 상기 레이저 여기영역(116)에서 자연 발광된 레이저 빔 및 유도 발광을 통해 증폭된 레이저 빔은 상기 레이저 발진기(110)의 전면창(112)을 통해 상기 라인 협대역화 모듈(200)로 입사된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 상기 라인 협대역화 모듈(200)을 통해 라인 협대역화된 소정 파장의 레이저 빔(L)만이 선택적으로 취출되어 곧바로 노광용 광원으로 출력되기 때문에 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 유지할 수 있다. 또한, 상기 소정 파장의 레이저 빔(L)을 제외한 다 른 파장의 레이저 빔은 상기 타원경(220)을 통해 상기 레이저 발진기(110)로 재입사되어 증폭된 후 재사용되기 때문에 헛되이 낭비되는 광에너지를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 라인 협대역화 모듈을 통해 라인 협대역화된 소정 파장의 레이저 빔만이 선택적으로 취출되어 곧바로 노광용 광원으로 출력되기 때문에 요구되는 소정 범위의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 다른 파장의 레이저 빔은 상기 타원경을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사되어 증폭된 후 재사용되기 때문에 헛되이 낭비되는 광에너지를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (25)

  1. 제 1 및 제 2 초점을 갖되, 상기 제 2 초점과 근접된 부분이 개방된 타원경;
    상기 제 1 초점에 배치되는 회절 격자; 및
    상기 제 2 초점을 포함하는 소정 영역으로 입사되는 레이저 빔을 상기 회절 격자로 분광시키는 한편, 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔 만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛을 포함하며,
    상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분이 상기 타원경에 의해 상기 제 2 초점을 포함하는 소정 영역으로 집광되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타원경의 일측에는 상기 레이저 빔 분기 유닛을 통해 취출된 상기 소정 파장의 레이저 빔이 출력되는 출력창이 마련되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 분기 유닛은 일측면에 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 반사시켜 상기 출력창을 통해 출력되도록 하는 선택적 반사막이 코팅된 분광 프리즘인 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력창에는 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 투과시키되, 그 외 다른 파장의 레이저 빔은 반사시키는 선택적 투과막이 코팅된 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력창을 제외한 상기 타원경의 내측면에는 고반사막이 코팅된 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력창을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔은 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 갖는 약 248.4nm 파장의 KrF 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타원경의 외측면에는 상기 타원경의 열을 외부로 방열하기 위한 방열판이 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 제 2 초점을 포함하는 소정 영역으로 집광되지 못하는 레이저 빔을 소멸시키는 챔버가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 이면을 향해 냉각 가스를 분사함으로써 상기 회절 격자를 냉각시키기 위한 회절 격자 냉각 유닛이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 전면으로 상기 냉각 가스가 확산되는 것을 방지하기 위한 냉각 가스 확산 방지부가 상기 타원경에 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 질소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 라인 협대역화 모듈.
  12. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기의 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 라인 협대역화하여 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 출력하고, 그 외 다른 파장의 레이저 빔 대부분을 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 라인 협대역화 모듈; 및
    상기 레이저 발진기의 후면창을 통해 출사되는 레이저 빔을 상기 레이저 발진기로 복귀시키는 레이저 빔 복귀 유닛을 포함하는 노광설비용 레이저 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 라인 협대역화 모듈은
    회절 격자;
    상기 전면창을 통해 입사된 레이저 빔을 상기 회절 격자로 분광시키는 한편, 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 취출하는 레이저 빔 분기 유닛; 및
    상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 소정 파장의 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔 대부분을 상기 전면창을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사시키는 타원경을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 타원경의 일측에는 상기 레이저 빔 분기 유닛을 통해 취출된 상기 소정 파장의 레이저 빔이 출력되는 출력창이 마련된 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 분기 유닛은 일측면에 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 반사시켜 상기 출력창을 통해 출력되도록 하는 선택적 반사막이 코팅된 분광 프리즘인 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 출력창에는 상기 소정 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 투과시키되, 그 외 다른 파장의 레이저 빔은 반사시키는 선택적 투과막이 코팅된 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 출력창을 제외한 상기 타원경의 내측면에는 고반사막이 코팅된 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 타원경은 제 1 및 제 2 초점을 갖되, 상기 제 2 초점과 근접된 부분이 개방된 형태를 가지는 한편 상기 제 2 초점에 상기 레이저 발진기의 전면창이 위치하도록 배치되고, 상기 회절 격자는 상기 타원경의 제 1 초점에 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 타원경의 외측면에는 상기 타원경의 열을 외부로 방열하기 위한 방열판이 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 라인 협대역화 모듈에는 상기 회절 격자를 통해 회절된 레이저 빔 중 상기 전면창을 통해 상기 레이저 발진기로 재입사되지 못하는 레이저 빔을 소멸시키는 챔버가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 라인 협대역화 모듈을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔을 검출하는 광 검출 유닛과, 상기 광 검출 유닛으로부의 검출치를 기초로 상기 소정 파장의 레이저 빔의 광 강도, 파장, 스펙트럼 대역폭(bandwidth) 등을 비교분석하는 광 분석 유닛이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 라인 협대역화 모듈을 통해 출력되는 상기 소정 파장의 레이저 빔은 약 0.6pm의 스펙트럼 대역폭(bandwidth)을 갖는 약 248.4nm 파장의 KrF 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 라인 협대역화 모듈에는 상기 회절 격자의 이면을 향해 냉각 가스를 분사함으로써 상기 회절 격자를 냉각시키기 위한 회절 격자 냉각 유닛이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 회절 격자의 전면으로 상기 냉각 가스가 확산되는 것을 방지하기 위한 냉각 가스 확산 방지부가 상기 타원경에 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 질소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광설비용 레이저 장치.
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