KR100726914B1 - 자외선 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외선이 조사되는 광학 부품의 광학 특성상 현저하게 계속된 변화의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 자외선 광학 장치는 자외선이 조사되는 광학 부품을 포함한다. 광학 부품들의 일부 또는 전부는 가스 유입 포트 및 가스 유출 포트를 갖는 용기내에 배열된다. 용기(9)에서, 5000 ppm 이하의 (체적 부분으로서) 수분량을 갖고 가스 유입 포트(10)로부터 유도된 건조 가스는 광학 특성상 적어도 하나의 결점이 특히 문제점인 광학 부품상에 분사됨으로써 광학 부품의 계속된 변화의 개선이 달성될 수 있다.
비선형 광학 소자, 본체, 가스 유입 포트, 가스 유출 포트, 자외선 발생 장치

Description

자외선 광학 장치{ULTRAVIOLET OPTICAL DEVICE}
도1은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치의 다이아그램.
도2는 자외선 광학 장치의 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도3은 단위 시간당 공진기 외부 손실의 증가량 △δcav/△T 와 수분량 사이의 관계를 도시한 그래프.
도4는 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도5는 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도6은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도7은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도8은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도9는 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도10은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도11은 본 발명에 따른 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
도12는 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 본 발명에 따른 자외선 광학 장치 내에서 5,000 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도13은 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 본 발명에 따른 자외선 광학 장치 내에서 5,000 (ppm)에 유사하게 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도14는 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 본 발명에 따른 자외선 광학 장치 내에서 1 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도15는 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 본 발명에 따른 자외선 광학 장치 내에서 1 (ppm)에 유사하게 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도16은 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 비교예에 따른 자외선 광학 장치 내에서 6,000 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도17은 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 비교예에 따른 자외선 광학 장치 내에서 8,000 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도18은 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 비교예에 따른 자외선 광학 장치 내에서 10,000 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도19는 분무된 건조 가스의 수분량(체적분율)이 비교예에 따른 자외선 광학 장치 내에서 10,000 (ppm)으로 설정되었을 때 자외선 출력의 장기간의 변화를 도시한 그래프.
도20은 종래의 자외선 광학 장치를 도시한 다이아그램.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
5 : 비선형 광학 소자
6 : 입사광
7 : 출사광
8 : 본체
10 : 가스 유입 포트
11 : 가스 유출 포트
21 : 자외선 발생 장치
22 : 렌즈 시스템
본 발명은 예를 들어 자외선 발생 장치와 같은 자외선 광학 장치, 또는 자외선을 사용하는 노광 장치와 같은 자외선 광학 장치에 관한 것이다.
통상, 400 nm 이하의 파장을 갖는 자외선은 대기 내의 광학 부품 상에 조사되며, 광학 부품의 표면 상의 대기 내의 습기 및 오일이 반응하며, 반응물, 주변 입자 등이 광학 부품의 표면에 부착된다. 그 결과, 광학 부품의 광학 특성이 불편하게 악화된다.
특히, 외부 공진기 형태의 파형 변환 (엠. 오카 및 에스. 구보다의 레이저 및 전자-광학 회의 요약(오에스에이, 와신톤 디.씨. 1992)의 JJAP 권31(1992)) 등에서, 미러의 약간의 성능 악화 또는 공진기에 배치된 비 선형 광학 소자는 발생되는 조화 출력(harmonic output)을 상당히 감소시킨다.
예를 들어, 532 nm의 파장을 갖는 기본 파를 공진기의 266 nm의 파장을 갖는 자외선으로 변환시키는 외부 공진기형 자외선 광학 장치는, 도20에서 도시된 바와 같이 외부 공진기를 구성하는 제1 내지 제4 미러(1 내지 4)를 갖는다. 제1 내지 제3 미러(1 내지 3)는 예를 들어 기본 파의 532 nm의 파장에 대해 99.95% 이상의 반사율을 각각 갖는 고반사율 미러로 구성되며, 제4 미러(4)는 예를 들어 532 nm의 파장에 대해 99% 이상의 반사율을 갖는 미러로 구성된다.
제1 및 제4 미러(1, 4) 사이에, 예를 들어 바륨 붕산염 β-BaB2O4 (이하 BBO라 함)인 비선형 광학 소자(5)가 배치된다. 비 선형 광학 소자의 양 단부 면, 즉, 광 입사 단부 면(5a) 및 광 출사 단부 면(5b)은 기본 파의 532 nm의 파장에 대해 0.1% 이하의 반사율을 각각 갖는 미러 면으로 각각 연마되어, 저반사율 필름을 형성한다.
이러한 구조에서, 입사광(6), 즉, 532 nm의 파장을 갖고 제4 미러(4)를 통해 도달되는 기초파는 제1 내지 제4 미러(1 내지 4) 사이에서 증폭되며, 기초파의 제2 조화 파의 266 nm의 파장을 갖는 자외선이 광 출사 단부 면(5b)으로부터 비선형 광학 소자(5)에 의해 유도된다. 상술된 바와 같이 파형 변환에 의해 얻어진 자외선은 자외선 파장에 대해 높은 투과율을 갖는 제1 미러를 통해 출사 광(7)으로서 출 력된다.
외부 공진기에서, 제3 미러(3)는 예를 들어 VCM(음성 코일 모터(Voice Coil Motor))에 의해 구성된 (도시되지 않은) 액츄에이터 내에 배치되며, 제3 미러의 위치는 조절된다.
파장 변환이 대기 내에서 수행될 때, 외부 공진기를 구성하는 미러는 광학 특성이 악화된다. 특히, 산란의 증대에 의해 야기되는 광학 손실은 증가된다. 특히, 다량의 자외선, 즉, 400 nm 이하의 짧은 파장을 갖는 빛을 받는 비 선형 광학 소자의 출사 단부 면 측 상에서, 도20에서 제1 미러(1) 상의 광학 손실은 상당히 증가된다.
외부 공진기에서 532 nm의 파장을 갖는 기본 파를 증폭시킴으로써 얻어지는 이러한 광학 손실 및 출력(Pω)은 이하의 식(11)으로 표시된다.
<식 11>
Pω = √(δcav2 + 4γSHPi - δcav) / 2γSH ...(11)
여기서, δcav는 외부 공진기에서 532 nm의 파장에서 광학 손실이며, Pω는 증폭된 기본 파의 출력이며, Pωi는 비 선형 광학 소자(5)에 입사 기본 파의 출력이며, γSH는 비 선형 광학 소자(5)의 결정 길이(crystal length), 기본 파의 파장, 입사 기본 파의 스팟 크기(spot size) 및 초점 변수에 기초하여 결정된 비 선형 변환 인자인 상수이다.
식(11)에 따르면, 광 손실(δcav)이 증가될 때, 기본 파의 출력(Pω)이 감소된다.
한편, 기본 파의 출력(Pω)과 제2 조화 파의 출력(P2ω)은 이하의 식(12)으로 표시될 수 있다.
<식 12>
P2ω = γSHPω2 ...(12)
식(12)에 따르면, 기본 파의 출력(Pω)이 감소되면, 제2 조화 파의 출력(P2ω)은 또한 감소된다.
실제로, 도20의 구성으로, 자외선이 청정실(습기 양의 부피 분율이 약 8,000(ppm))의 대기 내에서 발생될 때 출력의 오랜 변화가 측정될 때, 도14에서 도시된 결과가 얻어졌다.
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 자외선 출력은 상기 습기 양을 갖는 대기 내에서 약 47 시간 후 절반이 되어, 자외선은 안정적으로 얻을 수 없다.
그러나, 예를 들어 반도체 또는 다른 여러 가지 장치 등을 제조하기 위한 사진석판술에서 노광 장치의 광원으로 사용되는 자외선 발생 장치에서, 약 200 시간의 안정성 및 적어도 출력의 반감기는 바람직하게는 200 시간 이상이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적에 따라 자외선이 조사되는 광학 부품을 갖는 자외선 광학 장치를 얻는 것이 가능하다.
본 발명은 광학부 상에서 자외선이 상기 목표물에 조사되도록 된 광학부를 포함하는 자외선 광학 장치를 얻을 수 있게 해준다.
본 발명은 자외선이 조사되게 되는 광학부를 포함하는 자외선 광학 장치에 관한 것으로, 상기 광학부의 일부 또는 모든 부품은 가스 유입 포트와 가스 유출 포트를 갖는 외피 내에 배열되고, 가스 유입 포트로부터 안내된 건조 가스는 최소한의 광학 특성의 열화도 특별한 문제로 되는 광학부 상에 분무된다.
본 발명에 따른 자외선 광학 장치는 공진기 내의 비선형 광학 소자를 갖고 자외선을 발생하기 위한 자외선 광학 소자이며, 여기서 자외선 출력이 초기 출력에 대하여 x (%)인 시간 T (시간)와 자외선이 조사되게 되는 광학부의 전부 또는 일부에서의 장치 부분의 수분의 체적분율 Rw (ppm) 사이의 관계는 다음 식으로 표현된다.
T ≥ 5 x 104 γSH 0.5 PUV -0.5 exp (-0.00081381·Rw)
x (-Pi + PUV + x-0.5 (Pi - PUV/2)) … (1)
여기서, Pi, PUV 및 γSH는 상수,
Pi는 비선형 광학 소자 상의 입사 기본파의 출력 (W),
PUV는 비선형 광학 소자의 출사 단부면 상의 자외선 출력 (W),
γSH는 비선형 환산 인자 (W-1)이다.
또한, 본 발명에 따른 자외선 광학 장치는 자외선을 발생하기 위해 공진기 내에 비선형 광학 소자를 갖는 자외선 광학 장치이며, 여기서 단위 시간당 공진기 내부 손실 증가량 △δ/△T (%/hour)와 자외선이 조사되게 되는 광학 부품 전체 또는 일부의 장치 부분의 수분 체적분율 Rw (ppm) 사이의 관계는 다음 식으로 표현된다.
△δ/△T ≤ 2 x 10-5 exp (-0.00081381·Rw) … (2)
이상과 같이 본 발명에 따르면, 자외선이 조사되게 되는 광학 부품의 광학 특성의 열화는 건조 가스를 능동적으로 분무함으로써 현저하게 감소될 수 있다는 것이 확인되었다.
본 발명에 따른 각각의 장치에서 자외선이 조사되게 되는 광학 부품의 장치 부분에서의 수분량은 자외선 출력을 감소시키도록, 즉 수명을 결정하도록 선택된다.
본 발명에 의한 자외선 광학 장치는 자외선이 그 위에 조사되는 광학 부품을 갖는 자외선 광학 장치로서 예컨대 자외선 발생 장치 또는 자외선이 그 내부에서 조사되는 광학 장치이고, 공진기 및 비선형 광학 소자를 구비하는 외부 공진기 형태의 자외선 발생 장치는 예컨대 렌즈 및 미러와 같은 일부 또는 전부의 광학 부품, 또는 모든 비선형 광학 소자 및 공진기의 미러 등을 갖는다. 이러한 자외선 광학 장치에 있어서, 예컨대 모든 비선형 광학 소자, 공진기의 미러 등 또는 광학 부품으로의 현저한 자외선 조사에 의해 그 특성이 현저히 저하되는 광학 부품 또는 광학 장치의 시간 변화 또는 수명에 악영향을 미치는 문제점을 일으키는 광학 부품은 가스 유입 포트 및 가스 유출 포트를 갖는 외피 내에 배치되고, 가스 유입 포트로부터의 건조 가스는 문제를 발생시키는 광학 부품 상에 분무되게 된다.
분무되는 건조 가스로서, 체적분율로 5000 ppm 이하의 수분량을 갖는 공기, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 또는 질소(N)가 사용된다. 예컨대, 수분의 양이 건조 장치, 예컨대 드라이어(dryer)에 의해 소정의 수분량으로 감소되도록 대기(공기)가 사용된다. 그러나, 대기가 건조 장치, 파이프, 사용되는 가스 등의 용도로 용이하게 취급되어 그 비용이 저감되므로, 수분량은 산업상 용도를 고려하여 1000 ppm 이상이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 자외선 광학 장치의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
본 실시예에 있어서, 자외선 발생 장치의 본체를 형성하는 광학 부품의 광학 특성의 저하가 향상된다. 본 실시예에서, 본 발명은 외부 공진기 형태의 자외선 발생 장치에 적용된다.
도1은 기본적인 형상으로서 도20에 개시된 자외선 발생 장치를 갖는 본 발명의 장치의 실시예의 일 예의 개략도이다. 본 발명의 장치는 당연히 이 예로 제한되지는 않는다.
이 예에서, 기본파의 제2 조화파를 발생시키는, 즉 자외선을 얻을 수 있는 비선형 광학 소자(5)가 공진기 내의 기본파 광로 내에 배치되는 공진기, 즉 자외선 광학 장치의 본체(8; 본 예에서는 자외선 발생 장치의 본체)가 외피(envelope; 9) 내에 수용된다.
자외선 광학 장치 본체(8)는, 상기의 설명에서와 같이 예컨대 532 ㎚의 파장을 갖는 기본파가 공진기 내에서 266 ㎚의 파장을 갖는 자외선으로 변환되는 구성을 갖는다. 특히, 자외선 광학 장치 본체(8)는 외부 공진기를 형성하는 제1 내지 제4 미러(1 내지 4)를 갖는다. 제1 내지 제3 미러(1 내지 3)는 532 ㎚의 기본파에 대해 예컨대 각각이 99.95% 이상의 반사도를 갖는 고반사도 미러에 의해 형성되고, 제4 미러(4)는 532 ㎚의 파장에 대해 예컨대 99% 이상의 반사도를 갖는 미러에 의해 형성된다.
비선형 광학 소자(5)는 제1 및 제4 미러 사이에 배치된다. 비선형 광학 소자(5)는 예컨대 BBO로 구성된 비선형 광학 액정에 의해 형성된다.
비선형 광학 소자(5)의 양 단부 면, 즉 광 입사 단부 면(5a)과 광 출사 단부 면은 532 ㎚의 기본파 파장에 대해 0.1% 이하의 반사도를 각각 갖는 저반사도 막을 형성하도록 각각 미러 평면으로 폴리싱 형성된다.
이러한 구성에 의해, 입사광(6), 즉 532 ㎚의 파장을 갖고 제4 미러를 통해 도달되는 기본파는 제1 내지 제4 미러(1 내지 4) 사이에서 증폭되고, 기본파의 제2 조화 성분파인 266 ㎚의 파장을 갖는 자외선은 비선형 광학 소자(5)에 의해 광 출사 단부 면(5b)으로부터 유도된다. 전술한 바와 같은 파장 변환에 의해 얻어진 자외선은 자외선의 파장에 대해 높은 투과율을 갖는 제1 미러를 통해 출사광(7)으로서 출력된다.
외부 공진기에 있어서, 제3 미러는 전술한 바와 같이 예컨대 VCM으로 형성된 (도시되지 않은) 작동기 내에 배치되고, 제3 미러의 위치는 조절된다.
외피(9)는 가스 유입 포트(10) 및 가스 유출 포트(11)를 갖는 기밀 용기로서 형성된다. 건조 공기, 건조 불활성 가스인 건조 아르곤 가스 또는 건조 질소와 같은 건조 가스는 가스 유입 포트(10)로부터 도입된다.
외피(9)에 있어서, 기본파 입사광(6)을 도입하는 투명 창(12)과 출사광, 예컨대 자외선을 방출하는 투명 창(13)은 외피(9)에 대해 기밀 형성된다. 특히, 투명 창(12)은 입사 광(6), 즉 기본파의 파장을 갖는 광에 대해 높은 투과율을 갖고, 투명 창(13)은 출사 광(7)인 자외선에 대해 높은 투과율을 갖는다.
외피(9)의 가스 유입 포트(10)로부터 공급된 건조 가스는 건조 장치(14), 즉 (아사히 유리 공업사로부터 입수가능한) 막형 공기 드라이어 SWC 또는 (우베 산업사로부터 입수가능한) 멤브레인형 드라이어와 같은 소위 드라이어를 이용하여 청결한 공기가 건조 장치(14)를 통과하도록 얻어질 수 있다.
도1은 비선형 광학 소자(5)로부터 생성된 자외선이 직접 조사되는, 즉 강한 자외선 조사가 수행되는 제1 미러(1) 상에 건조 가스가 주로 분사되는 경우와, 광학 특성이 자외선 생성 장치로부터의 자외선 출력에 영향을 상당히 미치는 외부 공진기식 자외선 생성 장치를 도시한다. 이러한 경우에, 가스 유입 포트(10) 및 가스 유출 포트(11)는 도1의 외피(9) 내에 배치된 본체(8)가 사이에 개재되도록 외피(9) 상하에 각각 배치되고, 가스 유출 포트(11)의 내부 개구는 제1 미러(1) 부근에 형성되고, 건조 가스는 제1 미러(1) 상에 주로 분사된다.
건조 가스의 수분량(체적분율)은 5,000 ppm 이하로 설정된다. 그러나, 상기 이유로 인해, 체적분율은 바람직하게는 5,000 ppm 이하이고 1,000 ppm보다 크다.
전술한 구성을 갖는 자외선 광학 장치에 의해 얻어지는 자외선 출력에서의 경년 변화(secular change)가 도2에 도시되어 있다. 도2에서, 횡좌표에 시간이 나타나 있고 자외선 출력이 종좌표에 나타나 있다.
이때, 출력(P2ω) 및 입사 기본파 출력(Pi)이 측정될 때, 각각의 시간에서의 외부 공진기 내부 손실(δcav)은 수학식 11 및 수학식 12를 기초로 한다.
값들이 시간의 함수로 그려질 때, 값들이 선형적으로 근사될 수 있으며, 소정량의 수분을 갖는 공기가 도입될 때 단위 시간(ΔT)당 외부 공진기 내부 손실(Δδcav/ΔT)의 증가가 계산됨을 알아야 한다. 도3은 단위 시간당 외부 공진기 내부 손실(Δδcav/ΔT)의 증가를 퍼지된 공기의 수분량의 함수로서 작도함으로써 얻어진 결과를 도시한다. 도3에서 빗금친 영역은 측정 시스템의 에러를 포함하는 영역이다.
이러한 경우에, 측정 에러를 고려하여, 단위 시간당 외부 공진기 내부 손실[Δδcav/ΔT(%/시간)]의 증가와 퍼지된 가스의 수분량(체적분율)[Rw(ppm)] 사이의 관계는 다음 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112000011579513-pat00021
자외선 출력이 초기 출력의 x (%)로 되는 시간이 T(시간)로 표현될 때, Δδ/ΔT, x 및 T 사이의 관계는 이하의 수학식 1로 표현된다.
Figure 112000011579513-pat00022
자외선 출력이 초기 출력의 절반(x=0.5)이 되는 시간(T1)은 이하의 수학식 2로 표현된다.
Figure 112000011579513-pat00023
도4는 본 발명의 실시예에서의 다른 예를 도시하는 개략 선도이다. 도1에서와 동일한 도면 부호가 도4에서의 동일한 부품에 표기되었고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 예에서, 가스 유입 포트(10) 및 가스 유출 포트(11)는 외피(9) 상하에 형성되어, 외피(9) 내의 자외선 광학 장치 본체(8)(본 예에서는 자외선 생성 장치 본체)를 사이에 개재하여 건조 공기가 장치 본체의 전체 면적 상에 분사되도록 한다.
도5는 본 발명의 실시예의 또 다른 예를 도시하는 개략 선도이다. 도1에서와 동일한 도면 부호가 도5에서의 동일한 부품에 표기되었고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 예에서, 가스 유입 포트(10)는 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5) 사이의 중간부에 배열되어, 건조 가스가 제1 미러(1) 및 비선형 광학 소자(5) 상에 주로 분사된다.
더욱이, 도6은 본 발명의 실시예의 또 다른 예를 도시하는 개략 선도이다. 이러한 경우에도, 도1에서와 동일한 도면 부호가 도6에 표기되었고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 예에서, 가스 유입 포트(10)는 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5) 사이의 중간부에 배열되고, 가스 유출 포트(11)는 비선형 광학 소자(5)와 제4 미러 사이의 중간부에서 외피(9)의 가스 유입 포트(10)에 대해 평행하게 배열된다. 이러한 경우에, 건조 가스는 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5)의 배열부에서 주로 순환되어 건조 가스가 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5) 상에 주로 분사된다.
도7은 본 발명의 실시예의 또 다른 예를 도시하는 개략 선도이다. 이러한 경우에도, 도1에서와 동일한 도면 부호가 도7에 표기되었고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 예에서, 도6의 구성뿐만 아니라, 가스 유입 포트(10)가 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5) 사이의 중간부에, 예컨대 외피(9)의 상부면에 배열되고, 복수개의 가스 유출 포트(11)가 다른 면, 예컨대 외피(9)의 좌우측면 및 하부면에 각각 배열되어, 건조 가스가 제1 미러(1)와 비선형 광학 소자(5) 상에 주로 분사되고 일부의 자외선을 순환 조사함으로써 야기되는 광학 특성의 열화가 제2 미러 내지 제4 미러(2 내지 4)에 대하여 방지된다.
본 발명의 예들을 이하에서 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이 예들에 제한되지 않는다.
[예 1]
도1에 도시된 본 발명의 장치에서, 기체 유입 포트(10)와 기체 유출 포트(11)의 내경은 예를 들어 8 mm이며, 수분의 양(체적분율)이 5,000 [ppm]인 건조 공기는 기체 유입 포트(10)로부터 0.5 [liter/min]로 공급되었다.
초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 결과는 도9 및 도10에 도시되어 있다. 측정 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 초음파 발생 장치의 출력은 초음파 발생 장치의 200 시간 연속 사용에서 20%만 감소하며, 출력이 50%로 되는 기간은 500 시간이다.
[예 2]
예 1과 동일한 형상 및 작동이 예 2에 사용된다. 그러나, 이 경우에 수분의 양(체적분율)은 1 [ppm]이다. 이 경우에 장기적인 변화의 측정 결과는 도14 및 도15에 도시되어 있다. 이 경우에, 200 시간 후에 뿐만 아니라 1,000 시간 후에도 어떠한 변화가 발생되지 않았다.
그러나, 이 경우에 고성능 건조기와 파이프 등이 있어야 하므로, 상세한 설명의 처음에 설명한 실제 관점에서, 즉 약 200 시간 이상 동안의 사용이 목표로서 설정될 때, 전술한 바와 같이, 건조 정도가 높은 기체를 사용할 필요가 없다.
[예 3]
도4에 도시된 본 발명의 장치에서, 가스 유입 포트(10)와 가스 유출 포트(11)의 내경은 예를 들어 8 mm이며, 수분의 양(체적분율)이 5,000 [ppm]인 건조 공기는 기체 유입 포트(10)로부터 0.5 [liter/min]로 공급되었다.
이 때 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 결과로서, 도12 및 도13과 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
[예 4]
예 3과 동일한 형상 및 작동이 예 4에 사용된다. 그러나, 이 경우에 수분의 양(체적분율)은 1 [ppm]이다. 이 경우에 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 측정 결과로서, 도14 및 도15와 거의 동일한 측정 결과가 얻어졌다.
[예 5]
도5에 도시된 본 발명의 장치에서, 기체 유입 포트(10)와 기체 유출 포트(11)의 내경은 예를 들어 8 mm이며, 수분의 양(체적분율)이 5,000 [ppm]인 건조 공기는 기체 유입 포트(10)로부터 0.5 [liter/min]로 공급되었다.
이 때 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 결과로서, 도12 및 도13과 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
[예 6]
예 5와 동일한 형상 및 작동이 예 6에 사용된다. 그러나, 이 경우에 수분의 양(체적분율)은 1 [ppm]이다. 이 경우에 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 측정 결과로서, 도14 및 도15와 거의 동일한 측정 결과가 얻어졌다.
[예 7]
도6에 도시된 본 발명의 장치에서, 기체 유입 포트(10)와 기체 유출 포트(11)의 내경은 예를 들어 8 mm이며, 수분의 양(체적분율)이 5,000 [ppm]인 건조 공기는 기체 유입 포트(10)로부터 0.5 [liter/min]로 공급되었다.
이 때 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 결과로서, 도12 및 도13과 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
[예 8]
예 7과 동일한 형상 및 작동이 예 8에 사용된다. 그러나, 이 경우에 수분의 양(체적분율)은 1 [ppm]이다. 이 경우에 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 측정 결과로서, 도14 및 도15와 거의 동일한 측정 결과가 얻어졌다.
[예 9]
도7에 도시된 본 발명의 장치에서, 기체 유입 포트(10)의 내경은 예를 들어 8 mm이며, 기체 유출 포트(11)의 내경은 예를 들어 4 mm이다. 수분의 양(체적분율)이 5,000 [ppm]인 건조 공기는 기체 유입 포트(10)로부터 0.5 [liter/min]로 공급되었다.
이 때 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 결과로서, 도12 및 도13과 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
[예 10]
예 9와 동일한 형상 및 작동이 예 10에 사용된다. 그러나, 이 경우에 수분의 양(체적분율)은 1 [ppm]이다. 이 경우에 초음파 발생 장치의 출력에서 장기적인 변화를 측정함으로써 얻어진 측정 결과로서, 도14 및 도15와 거의 동일한 측정 결과가 얻어졌다.
[비교예 1]
전술된 예 1에서와 같이 동일한 구성 및 작동이 비교예 1에서 사용된다. 그러나, 이 경우, 습기량(체적분율)은 5,000 ppm보다 큰 6,000 ppm으로 설정되었다. 이 경우에 얻어진 현실적인 변화의 계측 결과는 도16에 도시된다. 이 경우, 장치의 출력은 200 시간 후에 초기값의 60 %로 감소되었다.
[비교예 2]
전술된 예 1에서와 같이 동일한 구성 및 작동이 비교예 2에서 사용된다. 그러나, 이 경우, 습기량(체적분율)은 5,000 ppm보다 큰 8,000 ppm으로 설정되었다. 도17에 도시된 바와 같이, 도16에서와 같은 경우에 얻어진 현실적인 변화의 계측 결과로서, 200 시간 후 출력의 상당한 감소가 발생되었다.
[비교예 3]
전술된 예 1에서와 같이 동일한 구성 및 작동이 비교예 3에서 사용된다. 그러나, 이 경우, 습기량(체적분율)은 5,000 ppm보다 큰 10,000 ppm으로 설정되었다. 이 경우에 얻어진 현실적인 변화의 계측 결과로서, 도18 및 도19에 도시된 바와 같이, 출력은 초기값 정도로 감소하였다.
전술된 실시예에서, 비록 자외선 광학 장치 본체(8)가 외피(9) 내에 완전히 수용되더라도, 후속 구성이 또한 사용될 수 있다. 즉, 또 다른 실시예로서, 비선형 광학 소자(5) 내의 2차 조화파의 자외선이 방출되는 단부면(5b) 상에 자외선 조사에 의한 특성의 악화를 확실히 피하기 위하여, 예로서 도8에 도시된 바와 같이, 단지 어떤 광학 부분, 예를 들어 자외선 광학 장치 본체(8)의 비선형 광학 소자(5)만이 외피(9) 내에 수용되고, 건조 가스는 비선형 광학 소자(5) 상에만 분무된다. 도8에서 동일한 참조 번호는 도1의 동일한 부품을 나타내고, 그의 중복된 설명은 생략할 것이다.
도9는 본 실시예의 다른 예의 개략도이다. 또한, 이 경우에 도9에서 동일한 참조 번호는 도1의 동일한 부품을 나타낸다. 이 예에서, 비선형 광학 소자(5)로부터 발생된 자외선이 큰 1회 분량으로 조사된 때 상당히 악화된 단지 제1 미러만이 외피(9) 내에 수용되고, 건조 가스는 단지 제1 미러 상에만 분무되어서, 자외선에 의해 발생된 광학 특성의 악화는 확실히 회피된다.
더욱이, 도10은 본 발명의 또 다른 실시예의 예에 대한 도면이다. 이러한 예에서, 제1 미러와 비선형 광학 소자(5)의 방출 단부면(5a), 즉 자외선이 강하게 조사되는 광학 부품의 비선형 광학 소자(5)는 외피(9) 내에 수용되고, 다른 구성은 도1의 것과 같다. 도10에서 동일한 참조 번호는 도1의 동일한 부품을 나타내고, 그의 중복된 설명은 생략할 것이다. 이러한 예에서, 투명 창(14)은 제1 및 제3 미러(1, 3)의 광학 경로가 외피(9)에 의해 차폐되는 것을 방지하도록 추가로 배치된다.
전술된 실시예는 자외선 광학 장치 본체(8)를 구성하는 광학 부품의 광학 특성의 현실적인 변화가 향상되는 구성을 갖는다. 그러나, 여전히 다른 실시예에서, 자외선 생성 장치로부터 발생된 자외선이 조사되는 자외선 광학 장치, 예를 들어 광학 렌즈 시스템, 광학 경로를 굴곡시키는 미러, 비임 분할기 등에서의 자외선 조사에 의해 일어나는 광학적 특성의 악화가 방지된다. 도11은 이 경우의 예에 대한 개략도이다. 그러나, 이 실시예에서도 이러한 예로 한정하지는 않는다.
도11에 도시된 예에서, 예를 들어 도20 또는 도1에서 서술된 구성을 갖는 자외선 생성 장치(21)로부터의 방출광(자외선)(7)이 입사하는, 즉 조사되는 렌즈 시 스템(22)은 가스 유입 포트(10) 및 가스 유출 포트(11)를 갖는 외피(9) 내에 배치되어서, 전술된 건조 가스는 렌즈 시스템(22) 상에 분무된다. 도11에서 동일한 참조 번호는 도20 및 도1의 동일한 부품을 나타내고, 그의 중복된 설명은 생략할 것이다.
본 실시예에서, 건조 가스는 자외선이 조사되는 자외선 조사 장치 내의 광학 부품 위에 분무된다. 그러나, 자외선 조사 장치용 자외선 공급원으로서 역할을 하는 자외선 생성 장치(21)에서, 예를 들어 도4 및 도10에서 서술된 구성이 또한 사용될 수 있다.
전술된 설명으로부터 명백한 바와 같이, 5,000 ppm 이하의 습기량을 갖는 건조 가스가 자외선이 조사되는 광학 부품 상에 분무되는 본 발명에 따라, 자외선 광학 장치, 예를 들어 자외선 생성 장치 또는 자외선 조사 장치에서, 자외선 조사에 의해 악화되는 광학 특성을 갖는 광학 부품에 관하여, 현실적 변화의 향상, 즉 긴 시간 동안의 안정된 작동, 즉 긴 수명이 얻어진다.
이러한 방식으로, 5000 ppm 이하의 수분량을 갖는 건조 가스를 분사함으로써, 계속된 변화로 개선이 달성된다. 그러나, 건조 장치, 파이프 및 관리 등을 고려할 때, 또는 안정화 특성이 사실상 요구될 때, 수분량은 바람직하게는 1,000 ppm 보다 크게 설정된다.
전술한 예에서, 건조 공기가 분사된다. 그러나, 건조 아르곤 가스 또는 건조 질소 가스가 공급될 때, 전술한 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
비선형 광학 소자(5)는 BBO로 구성되는 비선형 광학 결정 요소에 한정되지 않는다. 비선형 광학 소자(5)는 세슘 리튬 붕산염 CsLiB6O10 (CLBO)로 구성되는 비선형 광학 결정 요소에 의해 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 전술한 예들의 각각의 것과 동일한 구성으로서 전술한 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들과 도시된 예들에 한정되지 않는다. 실시예들과 예의 조합, 예를 들어, 자외선 광학 장치 본체(8)의 구성, 즉, 미러의 개수, 미러에 의해 얻어진 광경로, 공진기 구조체, 자외선 조사 장치의 구조체 등이 본 발명의 구성에서 다양하게 수정 및 변경된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 광학 장치, 즉, 자외선 발생 장치 또는 자외선 조사 장치에 있어서, 자외선 조사에 의해 발생된 광학 특성상의 결점은 효율적으로 방지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 장치는 예를 들어 반도체 장치 등을 위해 정밀한 제조 공정을 요구하는 사진 석판술을 위한 노출 장치용 광원, 즉, 포토레지스트(photoresist)용 광원이나 자외선 조사가 수행되는 다양한 광학 장치로서 사용된다. 이러한 장치들에서, 렌즈, 미러 및 비임 세분기(splitter) 등의 다양한 부품에서의 광학 특성상 결점이 효과적으로 회피될 수 있다. 이러한 이유로, 광학 특성상 결점에 의해 수행되는 보수 유지의 빈도는 감소될 수 있고, 생산성 개선이 달성될 수 있다. 본 발명은 현저한 산업 효과를 달성할 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 기재하였고, 이는 본 발명이 그러한 상세한 실시예들에 한정되지 않고, 다양한 수정 및 변경이 첨부된 청구항들에서 한정되는 바와 같이 본 발명의 범위의 사상으로부터 일탈됨이 없이 당업자에 의해 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 자외선이 조사되는 광학 부품을 구비하는 자외선 광학 장치이며,
    상기 자외선 광학 장치는 상기 광학 부품으로 이루어지는 공진기 유닛을 가스 유입 포트와 가스 유출 포트를 갖는 외피 내에 배치하고,
    상기 자외선이 조사되는 광학 부품에 상기 가스 유입 포트로부터 도입된 건조 가스를 분무하는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서, 자외선 광학 장치는 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛을 포함하고, 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛은 외피 내에 배치되어, 공진기 유닛의 자외선이 조사되는 하나 이상의 광학 부품에 건조 가스가 분무되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  4. 제3항에 있어서, 건조 가스는 비선형 광학 소자에 분무되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  5. 제3항에 있어서, 자외선 광학 장치는 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛을 포함하고, 건조 가스는 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛의 자외선이 조사되는 미러에 주로 분무되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  6. 제2항에 있어서, 자외선 광학 장치는 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛을 포함하고, 비선형 광학 소자는 외피 내에 배치되어, 비선형 광학 소자에 건조 가스가 분무되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  7. 제2항에 있어서, 자외선 광학 장치는 비선형 광학 소자를 구비한 공진기 유닛을 포함하고, 비선형 광학 소자로부터의 자외선을 도출하는 미러는 외피 내에 비치되어, 미러에 건조 가스가 분무되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  8. 제3항에 있어서, 비선형 광학 소자는 바륨-붕산염계 비선형 광학 결정에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  9. 제3항에 있어서, 비선형 광학 소자는 세슘-리튬-붕산염계 비선형 광학 결정에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  10. 제2항에 있어서, 건조 가스의 수분량은 체적분율로서 5000[ppm] 이하인 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  11. 공진기 유닛 내에 비선형 광학 소자를 구비하고 자외선을 발생하기 위한 자외선 광학 장치에 있어서,
    자외선 출력이 초기 출력에 대하여 x (%)인 시간 T (시간)과 자외선이 조사되는 하나 이상의 광학 부품의 배치부의 수분 체적분율 Rw [ppm] 사이의 관계가,
    T ≥ 5 x 104 γSH 0.5 PUV -0.5 exp (-0.00081381·Rw)
    x (-Pi + PUV + x-0.5 (Pi - PUV/2)) … (1)
    (여기서, Pi, PUV 및 γSH는 상수,
    Pi는 비선형 광학 소자 상의 입사 기본파의 출력 (W),
    PUV는 비선형 광학 소자의 출사 단부면 상의 자외선 출력 (W),
    γSH는 비선형 변환 인자 (W-1))
    로 표현되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  12. 제2항에 있어서, 자외선 출력이 초기 출력의 1/2인 시간 T1 (시간)과 자외선이 조사되는 하나 이상의 광학 부품의 배치부의 수분 체적분율 Rw [ppm] 사이의 관계가,
    T1 ≥ 5 x 104 γSH 0.5 PUV -0.5 exp (-0.00081381·Rw)
    x (-Pi + PUV + 0.5-0.5 (Pi - PUV/2)) … (2)
    (여기서, Pi, PUV 및 γSH는 상수,
    Pi는 비선형 광학 소자 상의 입사 기본파의 출력 (W),
    PUV는 비선형 광학 소자의 출사 단부면 상의 자외선 출력 (W),
    γSH는 비선형 변환 인자 (W-1))
    로 표현되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
  13. 공진기 유닛 내에 비선형 광학 소자를 구비하고 자외선을 발생하기 위한 자외선 광학 장치에 있어서,
    단위 시간당 공진기 내부 손실 증가량 △δ/△T (%/시간)과 자외선이 조사되는 하나 이상의 광학 부품의 배치부의 수분 체적분율 Rw [ppm] 사이의 관계가,
    △δ/△T ≤ 2 x 10-5 exp (-0.00081381·Rw) … (3)
    로 표현되는 것을 특징으로 하는 자외선 광학 장치.
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