KR100745704B1 - 극자외선을 얻는 방법, 광선의 소스 및 리소그라피 공정에의 사용 - Google Patents

극자외선을 얻는 방법, 광선의 소스 및 리소그라피 공정에의 사용 Download PDF

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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄
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Abstract

본 발명은 타겟의 한 표면(30)에 초점이 맞추어진 레이저빔과 상호 작용함으로써 극자외선을 방출하는 적어도 하나의 고체 타겟(28)을 사용하는 방법에 관한 것이다. 상기 타겟은 반대편의 표면(37)으로부터 그 극자외선의 일부분을 방출할 수 있고 상기 일부분은 집합되어 전달된다.
극자외선(EUV 광선), 극자외선 소스, 리소그라피 장치, 레이저 빔, 이방성,개구(aperture)

Description

극자외선을 얻는 방법, 광선의 소스 및 리소그라피 공정에의 사용{Method for obtaining an extreme ultraviolet radiation, radiation source and use in lithography}
본 발명은 "EUV 광선(radiation)"이라고도 불리는 극자외선을 얻을 수 있는 방법 및 그것의 소스에 관한 것이다.
이것은 파장의 길이가 8나노미터 내지 25나노미터의 범위 내에 속하는 광선이다.
본 발명은 많은 응용 분야를 가지고 있는데, 특히 재료 과학(material science), 마이크로스코피(microscopy) 분야 그리고 가장 구체적으로는 리소그라피 분야가 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 목적인 EUV 광선의 소스를 사용하는 리소그라피 장치에 관한 것이다.
그러한 광선을 사용함으로써, 집적회로에서의 에칭 피치(pitch)가 감소될 수 있으며 그리고 아주 높은 집적도를 가진 집적회로를 제조할 수 있을 것이다.
리소그라피 장치는 소정의 디자인<<패턴>>에 따라서 샘플에 대하여 빛을 비추는 장치임을 상기해 봐라. 이 샘플은 일반적으로 소정의 디자인에 따라서 빛이 비추어지기 위하여 제공이 되는 빛에 민감한 레진(resin)의 막<<포토레지스트 막>>이 그 위에 코팅되어 있는 반도체 기판을 포함한다.
리소그라피 장치는 다음을 포함한다:
- 비추어지는 광선의 소스
- 적어도 4배의 크기로 재생산이 되는 빛이 비추어지는 패턴이 있는 마스크,
- 샘플 서포트(support), 및
- 광선이 한편으로는 소스와 마스크 사이에 그리고 다른 한편으로는 마스크와 샘플사이에 전달될 수 있도록 하는 광학 수단.
강한 EUV 광선을 발생시키는 두 가지 기술이 주로 알려져 있다. 그것들은 모두 광자를 집합(collect)시키는 것에 기초하고 있는데, 이 광자는 레이저에 의하여 발생이 되는 뜨거우나 농도가 매우 진하지는 않은 플라즈마에 의하여, 자발적인 방출이라는 미시적인 과정(microscopic process)을 통해서 발생된다.
첫 번째 기술은 1kW 정도의 파워를 가진 야그(YAG) 레이저에 의하여 방출되는 크세논(xenon) 제트를 사용한다. 사실, 진공 상태에서의 팽창 조건과 가스의 성질이 잘 선택이 되면, 집합체들(aggregates, 클러스터)이 제트 내에서 다중체(multibody)의 상호작용에 의하여 자연적으로 발생한다. 이것들은 백만개까지의 원자들을 포함할 수 있는 거대한 집합체이며 그리고 레이저빔을 흡수하여서 형광에 의하여(by fluorescence) 광자들을 방출할 수 있는 주위의 가스들로부터 원자들을 가열하기에 충분하게 높은 밀도(고체 밀도의 약 10분의 1)를 보여준다.
이렇게 얻어진 EUV 광선 또는 부드러운 X선은 적당한 광학 수단에 의하여 집 합되고, 여러 개의 매개(intermediate) 광학 수단을 통해서 공간적으로 형태를 갖추어서 그리고 나서 마스크에 비추어진다. 사용되는 매개 광학 수단은 연구되는 EUV 파장(예를 들면, 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si) 막들이 번갈아 있는 경우에는 13.4nm 그리고 몰리브데늄과 베릴륨(Be) 막들이 번갈아 있는 경우에는 11.2nm)의 부근에서는 (고려되는 다층막에 따라서 2 내지 5%의 전달(transmission) 밴드폭을 가진) 높은 그러나 좁은 반사율 피크(reflectivity peak)를 보여주는 다층막 거울들이다.
두 번째 기술은 높은 원자 번호를 가진 물질의 플라즈마의 코로나(corona)를 사용하는데, KrF 레이저로부터 발생되고 1012 W/cm2 정도의 강도를 가지고 있는 레이저빔과 큰 두께(적어도 20㎛)를 가진 고체 타겟의 상호작용으로부터 얻어진다.
이것은 이 고체 타겟(2)이 도시되어 있는 도1에 개략적으로 예시되어 있는데, 여기에서 레이저 빔(6)이 초점을 맞추어 주는 적합한 광학 수단(8)을 통하여, 고체 타겟의 한 면(4)에 초점이 맞추어진다. 도1에서, 초점이 맞추어진 레이저빔과 타겟 물질과의 상호작용에 의하여 발생되는 EUV 광선(10)이 또한 도시되어 있다. 이 광선은 <<앞면>>이라고 불리는 면(4)으로부터 방출되어서 적절한 광학 콜렉팅 수단(12, optical collecting means)에 의하여 회수된다.
도시된 예에서, 이러한 광학 콜렉팅 수단(12)은 정면(4)을 향하도록 위치되어 있는데, 이것은 초점이 맞추어진 레이저 빔을 통과시키고 그리고 다른 광학 수단(미도시) 쪽으로 보내어서 이 EUV 광선을 사용하기 위하여 이 EUV광선(10)을 집합시키는 개구(14, aperture)를 포함한다. 파장이 13.4nm에 가까운 방출을 위하여 이러한 종류의 소스로서 가장 적당한 물질은 레늄(rhenium)인 것 같다. 이 물질로부터 얻어진 전환율(conversion, 방출되는 광선의 에너지와 입사되는 에너지의 비)은 13.4nm 파장 주위의 2% 전달 밴드폭 내에서 심지어는 0.85%에 달할 수 도 있다.
그러나 인용된 실험의 경우에 있어서는, 레이저 에너지가 단지 1J 내지 2-3 주울 정도이기 때문에 그러한 EUV 광선 소스의 에너지는 불충분하다.
그러나 특히, 광자 집합 효율(photon collecting efficiency)은 (10% 정도로)낮고 그리고 이것은 마침내 수율(사용할 수 있는 광자/레이저 에너지)이 너무 낮게 되는 결과를 초래한다. 게다가, 타겟의 팽창이 상당하므로 레이저 빔이 타겟과 상호작용을 하는 동안에는 방출되는 입자들을 콜렉팅 광학 수단으로부터 떨어져 있게 하기 위하여 특정한 장치들이 고안되어야만 한다.
전술한 어려움들은 물리적인 과정의 본질로부터 야기되는 것인데, 즉, 뜨겁지만 아주 농도가 진하지는 않은 매체로부터 형광이 방출되기 때문이다. 사실, 광자가 포함되거나(방사성 메커니즘) 또는 전자가 포함되거나(충돌 메커니즘) 하는 과정에 의하여, 구속되어 있는 전자가 원자 또는 다중 전하량을 띤(multicharged) 이온들 내에서 여기될 때, 이 원자 또는 이온은 다시 안정하지 않은 여기된 상태에 있는 것이 발견된다. 그러면 이것은 하나 또는 여러 개의 광자를 방출함으로써 궤도 축소(decay)를 일으킬 수 있다.
그러므로 (변이폭(transition width) 내에 있는) 정확한 파장을 가지고 있는 광자를 얻기 위해서는, 요구되는 광자의 에너지를 충족시키는 에너지 변이가 존재하는 적합한 다중 전하량을 띤 이온을 발생시키는 것으로 충분하다. 광자가 자발 적인 방출에 의하여 방출이 될 때는, 광자는 특정한 방향으로 집중되지 않으며 등방성 방출이 이루어진다는 것에 유의해야 한다.
많은 수의 여기된 다중 전하량을 띤 이온들을 발생시키는데 가장 적합한 기술들 중의 하나는, 파워 레이저 빔을 고농도의 매체(medium)와 상호 작용이 일어나게 하는 것이다. 사실, 파워 레이저 빔이 고체 (또는 준-고체) 타겟과 상호 작용을 할 때, 레이저 빔과 관련되어 있는 전자기파가 매체속으로 소위 컷-오프 밀도(λ가 레이저의 파장인 경우 λ2에 반비례한다)라고 불리는 곳까지 전파되어서 전자기파는 그것의 에너지를 여러 가지의 미시적인 과정을 통하여 이 매체에 전달한다.
그러면 구속되어 있는 전자들은 원자들로부터 추출이 될 것이고, 레이저에 의하여 발생된 전기장에 의하여 가속될 것이며 그리고 다른 구속된 전자들을 차례차례 추출하기에 충분한 운동 에너지를 얻을 것이다. 이로 인하여 다중 전하량을 띤 이온들이 발생할 것이며, 매체의 온도는 극한값(수십 만, 심지어는 수백 만도)에 도달할 때까지 급격하게 상승할 것이며, 그리고 양자의 방출을 야기할 수 있는 미시적인 과정들이 발생할 것이다. 사실, 레이저 장(field)이 가해지는 상황에서, 매체는 다중 전하량을 띤 이온들, 전자들 및 광자들로 이루어진 플라즈마로 변한다.
특정한 밀도, 온도 그리고/또는 방사 전자계(radiation field) 조건을 제외하고는, 전술한 여러 가지 종들이 서로 평형 상태를 이루고 있지는 않다. 이것은 레이저 전자기파가 전파되고 그리고 매체와 강하게 상호작용을 하는 확장 영역에 해당하는 플라즈마의 코로나에서 현저하게 관찰된다. 이 코로나는 낮은 물질 밀도(고체 밀도의 0.001배 보다 작다), 높은 온도를 가지는 것을 특징으로 한다. 코로나에서 방출된 광자가 그곳으로 재흡수될 가능성은 극히 낮다. 이러한 코로나는 광학적으로 얇다라고 말해진다.
방출된 광자들은 플라즈마를 떠나며 그리고 여러 가지 목적으로 사용될 수 있는데, 예를 들면 분광기(spectroscopy)를 사용함으로써 매체의 열역학적인 상태를 진단하거나 또는 리소그라피 공정에 사용될 수 있다.
공지된 EUV 광선의 소스의 단점에 대하여 다시 살펴보기로 하자.
이들 소스들은 효율에 있어서 문제를 가지고 있다: 레이저에 의하여 발생되는 플라즈마의 코로나에서는 시간과 공간 두 가지 모두에 대하여 아주 다양한 열역학적 조건들(밀도, 온도, 자유 전자의 수)이 마주치게 된다.
10nm 근처의 코로나로부터 방출되는 광선의 특징적인 방출 스펙트럼은 아주 복잡하며 그리고 원자 방출에 의하여 또는 전하의 여러 가지 상태로부터 발생이 되는 많은 수의 방출 라인으로 구성되어 있다. 잘 정해진 라인이 (2% 정도의) 아주 좁은 밴드폭으로 선택되면, 광선(radiation)의 형태로서 플라즈마에 의하여 방출되는 에너지의 많은 부분은 이 밴드폭의 바깥 부분에 위치하며 따라서 회수되지 못한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 효율(발생되어서 사용되는 EUV 에너지/사용되는 레이저 에너지)이 현저하게 감소된다. 게다가, 특히, 유용한 광자를 집합시키기 위한 입체각(solid angle)내에서 <<기생(parasitic)>> 광선이 등방성(isotropic)으로 방출이 되며, 따라서 이들 양자를 집합시키기 위한 광학 수단 쪽으로 방출이 된다.
EUV 광선을 집합시키는 것에 관하여 살펴보면, 뜨거운 제트에 의하여 생기는 광자의 방출은 등방성이므로, 적합한 광학 집합 수단이 구비되어져야만 한다. 일반적으로, 기본적인 광학 콜렉터(collector)들(일반적으로 6개)을 병렬시킴으로써 얻어지는 우산 모양의 광학 콜렉터가 구비된다. 그것의 입체각이 최대가 되기 위해서는, 이 콜렉터는 넓은 표면적을 보여주어야 하며 그리고 EUV 광선을 방출하는 플라즈마에 가능한 한 가까이 위치해야 한다.
이것은 물질적으로 아주 어려우며(특히 크세논 집합체를 사용할 경우에는 노즐과 크세논을 회수하는(recovering) 시스템이 존재하기 때문이다) 그리고 이것은 또한 콜렉터의 수명과 콜렉터의 성능(achievement) 면에서 볼 때 문제들을 야기한다. 그러므로 이 콜렉터는 EUV 광선 소스로부터 멀리 떨어져서 놓여야만 하지만, 그러면(비용이 엄청나게 들어가는 거대한 콜렉터가 만들어지지 않는다면) 집합각(collection angle)이 감소할 것이다. 그러므로 이것은 효율을 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
EUV 광선이 이 타겟의 앞면에 의하여 방출되는 고체 타겟을 사용할 경우에 같은 문제점들이 발생하게 된다. 게다가, 이 경우에는, 레이저에 의하여 발생되는 플라즈마 코로나는 (106 cm/s보다 큰), 심지어는 부드러운(moderate) 레이저를 비추는 경우에도, 아주 큰 팽창 속도를 가진다. 따라서, 물질(matter)의 입자들에 의하여 사용이 되는 여러 가지 광학 용품(optics)들이 오염되고 손상을 받을 수도 있으며, 결과적으로 이들 광학 용품들의 반사 특성을 감소시키고 그리하여 빛이 비추어지는 감광성(photosensitive) 레진 막에 도달하는 광자의 수를 감소시킬 위험이 있다. 이러한 입자들이나 찌꺼기(remnants)들을 제거하기 위해서는 특정한 장치들이 필요하다.
게다가, 뜨거우나 아주 밀도가 높지 않은 플라즈마로부터 형광에 의한 방출이 한쪽 방향으로 편향이 되지 않으므로, 방사계(radiation field)를 공간적으로 형성시키기 위하여 특정한 광학 수단이 콜렉터와 마스크 사이에 삽입되어야 한다. 이러한 특정한 광학 수단은 다층(multilayer) 거울들을 포함하며 그래서 양자의 손실을 야기한다. 이것들은 또한 비용을 증가시키고 광학 정렬에 있어서 어려움을 야기하는 원인도 된다.
따라서 두꺼운 고체 타겟을 사용하는 EUV 광선 소스는, 이것은 초점이 맞추어진 레이저빔을 받는 전면을 통하여 EUV 광선을 방출하는데, 다른 문제점들이 발생하게 된다. 즉, 찌꺼기들이 방출되고 각도가 크게 분산이 되는 EUV 광선의 등방성 방출이 그것이다. 그 결과, 특히, 그러한 소스를 사용하는 리소그라피 장치는 아주 효율적이지는 않다.
본 발명의 목적은 이방성(anisotropic)인 EUV 광선 소스를 제공함으로써 상기한 문제점들을 극복하는 것이다. (예컨대 리소그라피 장치에서 사용되는) 이 EUV 광선은 앞면에 레이저빔의 초점이 맞추어지는 적절한 두께를 가진 고체 타겟의 뒷면에 의하여 방출된다.
이러한 이방성 소스는 EUV 광선 빔 중에서 유용한 부분이 차지하는 비율을 증가시키고 그리고 이 광선을 집합시키기 위한 광학 수단을 단순화시키는 것을 가 능하게 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 극자외선을 얻기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법에 의하면 제1 및 제2면(face)을 가지고 있는 적어도 하나의 고체 타겟이 사용되며, 여기에서 이 타겟은 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있으며, 그리고 이 레이저빔은 타겟의 제1면에 초점이 맞추어지는 방법으로서, 이 방법에 의하면 타겟은 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있는 물질을 포함하고 있으며, 그리고 타겟의 두께는 약 0.05㎛ 내지 약 5㎛의 범위에 있는데, 여기에서 타겟은 그것의 제2면으로부터 극자외선의 일부를, 이방성으로, 방출할 수 있으며, 그리고 극자외선의 이 일부는 집합이 되어져서 이 일부가 사용이 되도록 전달된다는 점에서 특징이 있다.
본 발명의 다른 목적은 극자외선 소스를 제공하는 것으로, 이 소스는 제1 및 제2면이 있는 적어도 하나의 고체 타겟을 포함하며, 여기에서 이 타겟은 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있으며, 그리고 이 레이저빔은 타겟의 제1면에 초점이 맞추어지는 극자외선 소스로서, 이 방법에 의하면 타겟은 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있는 물질을 포함하고 있으며, 그리고 타겟의 두께는 약 0.05㎛ 내지 약 5㎛의 범위에 있는데, 여기에서 타겟은 그것의 제2면으로부터 극자외선의 일부를, 이방성으로, 방출할 수 있으며, 그리고 극자외선의 이 일부는 집합이 되어져서 이 일부가 사용이 되도록 전달된다는 점에서 특징이 있다.
바람직하게는, 타겟에 포함되어 있는 물질의 원자 번호는 원자 번호가 28 부 터 92까지의 세트에 속한다.
본 발명의 목적인 소스에 대한 하나의 특정한 실시예에 의하면, 이 소스는 서로 확실하게 분리(secured)되어 있는 다수의 타겟을 포함하는데, 그 소스는 이 다수의 타겟을 움직여서 이들 타겟들이 연속해서 레이저빔을 받을 수 있도록 하기 위한 수단(means)을 더 포함한다.
소스는 타겟들이 고정이 되고 그리고 레이저빔을 이들 타겟의 방향으로 통과하게 할 수 있는 지지 수단(support means)을 더 포함할 수 있는데, 여기에서 이동 수단(moving means)에는 이들 지지 수단을 이동시키고 그럼으로써 타겟들을 움직이기 위한 수단이 구비된다.
이들 지지 수단들은 레이저빔을 받는 각 타겟의 제1면에 의하여 방출되는 광선을 흡수하고 그리고 이 광선을 타겟 방향으로 재방출할 수도 있다.
본 발명의 목적인 소스에 대한 특정한 제1 실시예에 의하면, 이들 지지 수단은 각 타겟을 향하는 개구(aperture)를 포함하는데, 여기에서 본질적으로 서로 평행하고 이 타겟에 대하여는 수직인 두개의 벽에 의하여 이 개구는 제한된다.
본 발명의 제2 실시예에 의하면, 이 지지 수단은 각 타겟을 향하는 개구를 포함하는데, 여기에서 타겟을 향하면서 서로 멀어지는 두개의 벽에 의하여 이 개구가 제한이 된다.
본 발명의 특정한 실시예에 의하면, 소스는 레이저빔을 타겟의 방향으로 통과시키게 할 수 있고, 이 타겟의 제1면에 의해서 방출되는 광선을 흡수하고 그리고 이 광선을 이 타겟 쪽으로 재방출할 수 있는 고정된 보조 수단을 더 포함한다.
본 발명의 목적은 또한 다음을 포함하는 리소그라피 장치이다:
- 소정의 패턴에 따라서 빛이 투여되는 샘플을 지지하기 위한 서포트(support),
- 본 발명에 따른 극자외선 소스,
- 소정의 패턴을 확대된 형태로 포함하고 있는 마스크,
- 소스를 구성하는 타겟의 제2면으로부터 방출되는 극자외선을 집합시켜서 마스크에 전달하기 위한 광학 수단으로서, 여기에서 마스크는 이렇게 함으로써 확대된 형태로 있는 패턴의 이미지를 제공할 수 있는 광학 수단, 및
- 이 이미지를 축소하여 그 축소된 이미지를 샘플에 투사하기 위한 광학 수단.
샘플은 소정의 패턴에 따라서 빛이 비추어지는 감광성 레진의 막이 코팅되어 있는 반도체 기판을 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부되어 있는 도면을 참조하여 후술되어 있는 예시적인 실시예들에 대한 설명을 참조하면 보다 더 잘 이해될 것이나, 이들 실시예들은 순전히 예시적인 것이며 본 발명의 기술적인 사상을 한정하기 위한 것은 아니다:
도1은 공지된 EUV 광선 소스에 대한 도식적인 도면이며, 그것은 이미 기술되어 있으며,
도2는 본 발명에 따른 EUV 광선 소스를 사용하는 본 발명의 목적인 리소그라피 장치에 대한 특정한 실시예를 보여주는 도식적인 도면이고,
도3은 본 발명에서 이용될 수 있는 타겟들의 세트를 형성하는 스트라입(stripe)을 나타내는 개략적인 사시도이고,
도4 및 도5는 본 발명에 따른 EUV 광선 소스들을 나타내는 개략적인 부분 사시도들이고, 그리고
도6은 본 발명에 따른 다른 EUV 광선 소스를 나타내는 개략적인 부분 사시도이다.
고체 타겟과 레이저빔의 상호 작용을 통하여 발생되는 플라즈마에는 여러 가지 영역이 포함이 된다. 물론, <<코로나>>라고 불리는 반응 영역(interaction area)이 있지만 그러나 연속적이고 단순화된 방법으로 기술하면 다음의 영역들이 있다:
- 레이저빔이 침투하지 않으며 그것의 방출이 열, 전자 및 복사 전도(radiative conduction)에 의하여 제어되는 <<전도 영역(conduction area)>>이라고 불리는 영역으로서, 여기에서는 코로나에 있는 이온들에 의하여 방출되는 광자들의 일부가 타겟의 차갑고 농도가 진한 부분의 방향으로 방출이 되는 영역, 및
- 코로나 또는 전도 영역으로부터 나오는 높은 에너지를 가진 광자가 농도가 진하고 차가운 물질에 의하여 흡수되어서 이 물질을 가열하는데 기여하며 그리고 이것에 의하여 보다 낮은 에너지를 가진 양자를 방출하는데 기여하는 흡수 및 재방출 영역.
후자는 복사파(radiative wave)를 형성하는데 이것은, 매체 내에서, 온도의 편차에 따라서 방향성이 있는(favored) 전파 방향을 가지고 있으며 그리고 타겟이 너무 두껍지 않은 경우에는 후자의 뒷면을 통하여 타겟을 빠져나가는데, 여기서 뒷면은 레이저가 상호 작용을 하는 면과 기하학적으로 정반대의 면이다.
이와 같이 타겟의 뒷면으로부터 방출이 되는 것은 앞면으로부터 방출이 되는 것과는 아주 다른 스펙트럼의 분포를 보여준다는 점에서 특징이 있는데, 이것은 광자들의 방출에 책임이 있는 면들의 온도 및 농도의 조건들이 매우 다르기 때문이다. 방출되는 광선은 심지어는 완벽하게 평탄한 타겟인 경우에도 원래부터 각도 분포를 가지고 있다: 이러한 광선은 등방성이 아니다.
게다가, 뒷면의 특징적인 팽창 속도는 앞면의 팽창 속도에 비하여 크기에서 여러 차수(several orders)가 낮으며, 이로 인하여 에너지의 주요한 부분은 광선의 형태이다.
이러한 이유로 레이저빔의 초점이 맞추어지는 앞면에 적당한 두께를 가지고 있는 고체 타겟의 뒷면에 의하여 방출이 되는 EUV 광선이 본 발명에서 사용이 된다. 이러한 방법으로, 이방성 EUV 광선이 얻어지며 그리고 재료들의 찌꺼기들은 최소한으로 감소된다.
EUV 광선을 발생시키기 위하여, 타겟은 원자 번호(Z)가 28 ≤Z ≤92 범위인 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
레이저빔과의 상호 작용을 통하여 적절한 스펙트럼 특징을 가지고 있는 EUV 광선을 또한 발생시킬 수 있는 다른 물질들과 이 물질을 혼합하거나 같이 사용하는 것(associate with)도 가능하다.
게다가, 기생 광선(parasitic radiation)을 걸러내기 위하여 원자 번호가 낮은 하나 또는 여러 개의 물질들을 선택적으로 함께 사용할 수도 있다.
EUV 광선을 발생시키는 물질, 또는 활동적인 요소(active element)를 포함하고 있는 타겟의 두께는 0.1㎛ 내지 5㎛ 사이에 있는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 너무 현저하게 물질(matter)이 팽창이 되지 않게 하면서, 뒷면에 의하여 효과적인 방출을 얻기 위하여 타겟은 최적화 된다.
또한 레이저의 특성(특히, 제공되는 빛 펄스들의 지속시간 및 시간 형태, 그것들의 파장 및 강도)은, 소망하는 파장의 범위 예컨대 10 나노미터 내지 20 나노미터의 범위 내에서, 뒷면에서 최적의 EUV 전환(conversion)을 하는 타겟에 요구되는 열역학적인 조건들을 얻기 위하여 조절된다.
도2에서, 본 발명의 목적인 EUV 광선 소스의 하나의 특정한 실시예가 리소그라피 공정에 특별하게 적용되는 것이 도식적으로 도시되어 있다.
지금 도2에서는, 리소그라피 장치는 도식적으로 도시되어 있는데, 소정의 패턴에 따라서 빛이 비추어지는 감광성 레진의 막(20)이 그 위에 코팅이 되어 있는 반도체 기판(18), 예컨대 실리콘 기판을 지지하는 서포트(16)를 포함한다.
본 발명에 따른 EUV 광선 소스(22) 외에도 장치는 다음을 포함한다:
- 패턴을 확대된 형태로 포함하고 있는 마스크(24),
- 소스에 포함이 되는 고체 타겟(28)의 뒷면에 의하여 제공이 되는 EUV 광선의 일부분을 집합시켜서 마스크(24)에 전달하기 위한 광학 수단(26)으로서, 여기에서 마스크(24)는 확대된 형태로 이 패턴의 이미지를 제공하는 광학 수단, 및
- 이 이미지를 축소하여서 그 축소된 이미지를 감광성 레진의 막(20)상에 투사하기 위한 광학 수단(29).
타겟은 예를 들면 은(silver), 구리, 사마리움(samarium) 또는 레늄(rhenium)과 같은 물질로 만들어지며 그리고 두께(예를 들면 1㎛ 정도)가 작다.
감광성 레진막에 비추기 위한 EUV 광선을 발생시키기 위하여, 펄스형태의 레이저(pulsed laser, 35)에 의하여 방출되는 펄스형태의 빔(34)은 광학적인 포커싱 수단(32)을 경유하여 <<앞면>>이라고 불리는 타겟의 제1면(30)에 초점이 맞추어 진다. 그러면 타겟(28)은 앞면(30)의 반대편에 있는 뒷면(37)으로부터 이방성 EUV 광선(36)을 방출한다.
소스(22), 콜렉터(26), 마스크(24), 광학 수단(29) 및 기판(20)을 가지고 있는 서포트(16)가 낮은 압력이 가해지고 있는 울타리(enclosure, 미도시)내에 위치하고 있는 것이 명시되어 있다. 레이저빔은 이 울타리 속으로 적합한 포트홀(porthole, 미도시)을 통하여 보내진다.
도2의 예에서, 광학 콜렉팅 수단(26)에는 타겟(28)의 뒷면(37)을 향하도록 위치하고 있으면서, 이 뒷면에 의하여 이방성으로 방출되는 EUV 광선을 집합시켜서, 이 광선을 형태를 만들어서 마스크에 보내기 위하여 구비되어 있는 광학 콜렉터가 구비된다.
그러므로 도2의 장치에서는, 콜렉터(26)와 마스크(24) 사이에 다른 광학적인 수단이 구비될 필요가 없으며, 따라서 리소그라피 장치의 광학 수단을 단순화시킬 수 있다.
작은 두께를 가진 타겟(28)이 그것의 앞면(30)에 의하여 서포트(38)에 고정되어 있는데, 초점이 맞추어진 레이저 빔(34)을 통과하게 하여서 앞면에 도달할 수 있도록 개구(40)가 구비되어 있는 것이 도시되어 있다.
실제로, 단일한(single) 레이저 펄스는 부분적으로 작은 두께를 가지고 있는 타겟을 파괴하기 때문에, 레이저빔을 타겟의 동일한 지점에 두 번 보내는 것은 가능하지가 않다. 이것이 초점이 맞추어진 레이저빔에 타겟의 다른 부분이 연속적으로 노출될 수 있게 하는 것을 가능하게 하는 동작 수단(도2에는 도시되지 않음)이 서포트(38)에 구비되는 이유이다.
이것이 도3에 도식적으로 도시되어 있는데, 여기에서 작은 두께(예를 들어 1㎛)를 가진 고체 타겟(42)이 유연성이 있는(flexible) 서포트(44)에 고정되어 스트라입(stripe) 형태로 도시되어 있는데, 예를 들면 플라스틱으로 만들어 졌으며 그리고 이 서포트(44)에는 초점이 맞추어진 빔(34)이 통과할 수 있도록 하기 위하여 길이 방향의(longitudinal) 개구(46)가 구비되어 있다.
전체로서의 타겟-서포트는 제1 스풀(spool, 48)로부터 풀려서 적당한 수단(미도시)에 의하여 회전될 수 있는 제2 스풀(50)에 감기는 유연성이 있는 복합체 스트라입을 형성하는데, 따라서 타겟의 다른 부분에 연속적으로 도달하는 초점이 맞추어진 펄스를 포함하는 레이저빔을 향하고 있는 타겟을 움직일 수 있다. 따라서 여러 개의 타겟이 같이 조립된 것으로 생각할 수도 있다.
다른 실시예(미도시)에서는, 플라스틱으로 만들어진 유연성이 있는 스트라입 을 타겟 서포트로 사용하며 그리고 여러 개의 타겟들을 이 서포트에 규칙적인 간격을 두고 고정시키는 것 또한 가능한데, 여기에서 각 타겟을 향하면서 서포트 내에 구비되어 있는데 그래서 초점이 맞추어진 빔이 통과할 수 있다.
바람직하게는, 플라스틱 스트라입 대신에, 예를 들어 구리, 은, 사마리움 또는 레늄으로 만들어진 스트라입(도4)이 타겟 서포트로 사용되며, 그리고 초점이 맞추어진 빔(34)에 의해 가해지는 충격 하에서 타겟(42)의 앞면에 의하여 방출되는 광선(들)을 흡수할 수 있고 그리고 이(들) 광선(들)을 (스트라입(52)과 함께 움직일 수 있는) 이 타겟의 방향으로 재방출할 수 있다. 예를 들면 이 스트라입(52)은 5㎛ 내지 10㎛ 정도의 두께를 가지고 있다.
타겟에 초점이 맞추어지는, 레이저 빔(34)을 통과시키는 길이 방향(longitudinal)의 개구는, 도4에 도시되어 있는 바와 같이 실질적으로 서로 평행하고 그리고 실질적으로 타겟에 수직인 두개의 벽(54, 56)에 의하여 제한될 수 있다.
그러나, 타겟의 앞면에 의하여 방출이 되는 광선(들)을 더 잘 흡수하고 그리고 이들 광선을 타겟 쪽으로 더 잘 재방출하기 위해서, 개구를 제한하는 양쪽 벽은, 55 및 57의 참조번호로 표시되어 있는 도5에 도시되어 있는 바와 같이 타겟 쪽으로 향하면서 서로 멀어지는 것이 바람직하다.
도6에 도식적으로 도시되어 있는 다른 예에서는, 도3을 참조하여 기술된 것과 같은 종류의 움직일 수 있는 서포트(44)에 타겟(42)은 고정되어 있다. 게다가, 도6의 예에서는, 초점이 맞추어진 레이저 빔(34)에 대하여 고정되어 있고 타겟의 앞면을 향하도록 위치하고 있는 부분(58)을 극자외선 소스는 포함한다.
이 부분은 레이저빔을 통과시키는 개구를 포함하는데, 통과된 빔은 타겟의 이 앞면에 초점이 맞추어진다. 그리고 이 부분에 구비되어 있는 개구는 타겟 쪽으로 플레어 아웃(flare out)을 하고 있으며 그래서 이 타겟에 대하여 기울어져 있는 두개의 벽(60, 62)을 포함하는데, 이 벽들은 타겟 쪽으로 향하면서 서로 멀어진다.
타겟(42)의 앞면에 의하여 방출되는 광선(들)(64)은 이들 벽(60, 62)에 의하여 흡수되고 그리고 타겟의 앞면 방향으로 재방출된다.
따라서 타겟의 뒷면에 의하여 방출되는 EUV 광선(36)이 보다 더 강도가 강하다.
물론, 7㎛의 두께를 가진 알루미늄 시트(sheet)로 만들어지는 타겟의 뒷면과 3 ×1013 W/cm2 의 파워 밀도(power density)를 가진 레이저빔에 의하여 비추어지는 타겟의 앞면으로부터의 X레이(X ray) 방출을 사용하는 X레이 소스가 Prog. Crystal Growth and charact., vol. 33, 1996, pp.227-280 에 있는 H. Hirose et al.의 논문에 의하여 공지되어 있다.
그러나 본 발명의 목적인 방법 및 소스는 약 0.05㎛부터 약 5㎛까지의 범위에 있는 얇은 두께를 가진 타겟을 사용한다는 것에 유의해야 하며, 여기에서 이 타겟은 원자 번호(z)가 28보다 크거나 같은 (그리고 92보다 작거나 같은) 물질로 만들어지는 것이 바람직하기 때문에 알루미늄의 원자 번호보다 훨씬 큰 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 타겟을 형성하기 위한 바람직한 물질은 원자 번호가 50인 주석(Tin)이다는 점이 명시된다.
게다가, 본 발명에서는, 플라스틱 기판(예를 들면 1㎛의 두께를 가진 CH2(폴리에틸렌) 기판) 위에 형성되어 있는 두께가 1㎛보다 작거나 같은 아주 얇은 타겟이 사용될 수 있는데, 여기에서 이 타겟(바람직하게는 주석으로 만들어진다)의 뒷면 -사용되는 EUV 광선을 방출하는 면-이 기판 상에 놓인다. 두께가 1000Å(즉 100nm) 보다 작은 금막(gold layer)을 이 타겟의 앞면에 형성하는 것도 또한 가능하다.
전술한 논문으로 다시 돌아와 보면, 논문에 기술되어 있는 바와 같이, 최대 파워 밀도가 3 ×1013 W/cm2 보다 작은 레이저 광선에 의하여 앞면에 빛이 비추어지는 경우에는, 7㎛의 두께를 가진 알루미늄 타겟은 그것의 뒷면에 의해서 방출이 되는 것을 고려할 수 없다는 것을 유의해야 하는데, 논문에 기술되어 있는 바와 같이, 특히 마이크로리소그라피 분야에서는, 상기한 예에서 고려되는 최대 파워 밀도의 경우에, 이것은 거의 1012 W/cm2 이다.
다음에 기술하는 것들도 또한 유의해야만 한다.
알루미늄(Z=13)과 같이 원자 번호가 작은 물질과 레이저와의 상호 작용이 일어나는 경우에는, 코로나(레이저가 상호 작용을 하는 옆: 앞면)에 흡수되는 레이저 에너지를 차갑고 농도가 짙은 영역(즉, 뒷면)에 전달하는 것은 열전자의 전도(thermal election conduction)에 의하여 일어난다. 비록 전술한 논문에 기재되어 제공되어 있는 것과 같이 타겟이 상대적으로 두꺼운 경우에도, 뒷면에서 이방 성 방출이 이루어지도록 하는 것은 전혀 보장이 되지 않는다.
반면에, 원자 번호가 높은 물질인 경우에는, 복사성 전도(radiative conduction)가 타겟의 내부와 뒷면의 조건을 <<조절하는>> 것이다. 본 발명을 흥미롭게 하는 이방성이라는 것은 뒷면에서 이 복사파가 밖으로 나가는 것과 직접 관련이 되며, 그리하여 두께를 선택하는 것과 직접 관련이 되는데, 이것을 위한 최적의 값이 후술될 것이다.
반면에, 레이저에 의하여 비추어지는 타겟에서의 온도 및 전자 밀도 특성 프로파일(characteristic profiles)은 그 물질이 낮은 또는 높은 원자 번호를 가졌는지에 따라서 또한 사용되는 타겟의 두께에 따라서 상당히 다르다.
뒷면에서의 전환율(conversion ratio, X)을 최적화 시키기 위한 최적의 두께(E0)는 분석적인 모델을 사용함으로써 알 수 있을 것이다. E0는 타겟 물질의 원자 번호 Z, 이 물질의 원자량 A, 이 매체(그것 자체로 W/cm2로 표시되는 흡수되는 레이저 플럭스 Φα)에서의 온도 T (K), 레이저의 파장 λ(㎛),펄스의 지속 시간 Dt (초) 및 전체 밀도(mass density) ρ(g/cm3)와 다음의 식에 의하여 관련을 맺고 있다 :
E0 = 26.22(A/Z)0.5 ×T0.5 ×Dt/α
여기에서 α= ρ×λ2 ×(1 + 0.946(A/Z)0.5)
온도(K)는 Φα 2/3 및 λ4/3에 비례한다.
감광성 레진의 수준에서 충분한 통계치를 만들어 내기 위해서는 (1kHz 보다 큰) 아주 높은 진동수가 요구되기 때문에(그리하여 빛이 비추어지는 한계치(insolation threshold)에 도달하는 것을 보장하는데), 본 발명을 리소그라피 공정에 적용하는 범위 내에서 일반적으로 요구되는 (1J 보다 작은) 낮은 이용 가능한 레이저 에너지와 (사용되는 광학 시스템과의 최적의 커플링(coupling)에 의하여 설정되는)(예를 들면 직경이 300㎛에 가까운) 주어진 방출 표면의 면적에 대하여, 타겟에 투사되는 레이저 플럭스(flux)는 낮다. 나노초의 비율(nanosecond rate)을 가지고서, 그것은 1.06㎛에서 1012 W/cm2 를 초과하지 않는다. 게다가, 현재는, 100ps 펄스열(pulse train)에 기초하여 이들 진동수들로 레이저를 제조하는 것은 실질적으로 상상할 수도 없다.
이러한 조건하에서, 만일 모든 에너지들이 흡수된다면 얻어질 수 있는 매체의 온도로서, 상기 모델은 30eV라는 값을 나타낸다.
이러한 조건하에서, 알루미늄의 경우에는, 뒷면에서의 전환율(X)을 최적화 시키는 최적의 두께는 0.15㎛인데, 이것은 전술한 논문에 개시되어 있는 조건과는 상당히 상이하다. 게다가, 원자 번호가 작은 알루미늄과 같은 물질을 가지고서는, 타겟의 뒷면에 의하여 방출되는 광선은 각도 있는(angular) 특징도 보여주지 못한다 : 그것은 본질적으로 등방성이며; 그러므로 앞면과 뒷면이 동등한 것으로 여겨진다.
여전히 같은 조건하에서, 금(gold)의 경우에는, 0.1㎛보다 작은 것으로 발견된다.
CH2(폴리에틸렌) 기판에 형성되어 있는 앞에서 기술한 주석 타겟의 예로 돌아가서 살펴보면, 다음의 세부 조건들이 주어진다 : 주석의 얇은 시트(sheet)의 뒷면에 입혀질 폴리에틸렌 및 이 시트의 앞면에 입혀질 금, 이 두 가지는 복사파에 의하여 가열이 되기 전에 주석에 의하여 형성된 이미터 물질(emitter material)의 팽창을 제한하는 역할을 하는데, 그래서 타겟의 관심 지역에 광자를 더 잘 <<침투하게>> 한다. 조금 가열이 되는 뒷면에 있는 폴리에틸렌은 광선에 대하여 투명하고 또한 이러한 팽창을 제한하며 그리고 결과적으로 물질 찌꺼기들의 방출을 적게 한다.
본 발명은 재료 과학 분야, 마이크로스코피 분야 그리고 특히 리소그라피분야에 이용할 수 있다.
특히 리소그라피 공정에 이용하면 에칭하는 피치를 감소시켜 아주 높은 집적도를 가진 집적회로를 제조하는데 이용할 수 있다.
본 발명에 의하면 이방성(anisotropic)인 EUV 광선 소스를 제공함으로써 EUV 광선 빔 중에서 유용한 부분이 차지하는 비율을 증가시키고 그리고 이 광선을 집합시키기 위한 광학 수단을 단순화시키는 것을 가능하게 한다.

Claims (11)

  1. 제1면 및 제2면을 가지고 있는 적어도 하나의 고체 타겟(28, 42)을 사용하며, 레이저 빔(34)이 상기 타겟의 제1면(30)에 초점이 맞추어질 때 상기 타겟은 상기 레이저 빔(34)과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있고,
    상기 타겟(28, 42)은 상기 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있는 물질을 포함하고 있으며, 상기 타겟의 두께는 0.05㎛ 내지 5㎛의 범위에 있으며, 상기 타겟은 상기 타겟의 제2면(37)으로부터 상기 극자외선의 일부(36)를 이방성으로 방출할 수 있으며, 그리고 상기 극자외선의 상기 일부는 집합이 되어져서 상기 일부가 사용이 되도록 전달되는 것을 특징으로 극자외선을 얻는 방법.
  2. 제1면 및 제2면을 가지고 있는 적어도 하나의 고체 타겟(28, 42)을 포함하며, 상기 타겟의 상기 제1면(30)에 초점이 맞추어지는 레이저 빔(34)과 상기 타겟은 상호 작용을 함으로써 극자외선을 방출할 수 있고,
    상기 타겟(28, 42)은 상기 레이저빔과 상호 작용을 함으로써 상기 극자외선을 방출할 수 있는 물질을 포함하고 있으며, 상기 타겟의 두께는 0.05㎛ 내지 5㎛의 범위에 있으며, 상기 타겟은 상기 제2면(37)으로부터 상기 극자외선의 일부(36)를 이방성으로 방출할 수 있으며, 그리고 상기 극자외선의 상기 일부는 집합이 되어져서 상기 일부가 사용이 되도록 전달되는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 타겟에 포함이 되어 있는 상기 물질은 원자 번호가 28 내지 92의 세트에 속하는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  4. 제2항에 있어서, 서로 확실하게 고정이 되어 있는 다수의 타겟(42)을 포함하며, 상기 다수의 타겟을 움직여서 상기 타겟들이 연속해서 상기 레이저빔(34)을 받을 수 있도록 하기 위한 이동 수단(48, 50)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 타겟들을 고정하고 상기 레이저빔을 상기 타겟들의 방향으로 통과하게 할 수 있는 지지 수단(38, 44, 52)을 더 포함하며, 상기 이동 수단(48, 50)은 상기 상기 지지 수단 및 상기 타겟을 움직이기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지 수단(52)은 상기 레이저빔을 받는 각 타겟의 상기 제1면에 의하여 방출되는 광선을 흡수하고 그리고 상기 광선을 상기 타겟 방향 으로 재방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  7. 제5항에 있어서, 상기 지지 수단은 각 타겟을 향하는 개구(40, 46)를 포함하며, 상기 개구는 서로 평행하고 상기 타겟에 대하여 수직인 두개의 벽(54, 56)에 의하여 제한이 되는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  8. 제5항에 있어서, 상기 지지 수단은 각 타겟을 향하는 개구를 포함하고, 상기 개구는 상기 타겟을 향하면서 서로 멀어지는 두개의 벽(55, 57)에 의하여 제한이 되는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  9. 제2항에 있어서, 상기 레이저빔(34)을 상기 타겟의 방향으로 통과시킬 수 있고, 상기 타겟의 상기 제1면에 의해서 방출되는 광선을 흡수하고 그리고 상기 광선을 상기 타겟 쪽으로 재방출할 수 있는 고정된 보조 수단(58)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 소스.
  10. 소정의 패턴에 따라서 빛이 투여되는 샘플을 지지하기 위한 서포트(16, support);
    제2항에 따른 극자외선 소스(22);
    상기 소정의 패턴을 확대된 형태로 포함하고 있는 마스크(24);
    상기 마스크가 확대된 형태로 있는 상기 패턴의 이미지를 제공할 수 있도록, 상기 타켓이 상기 레이저 빔과 상호 작용할 때 상기 소스의 상기 타겟의 상기 제2면으로부터 방출되는 극자외선의 일부를 집합시켜서 상기 마스크에 전달하기 위한 광학 수단(26); 및
    상기 이미지를 축소하여 그 축소된 이미지를 상기 샘플에 투사하기 위한 광학 수단(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 샘플은 그 위에 상기 소정의 패턴에 따라서 빛이 비추어지는 감광성 레진의 막(20)이 코팅이 되어 있는 반도체 기판(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 장치.
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