KR100812582B1 - 고전력 레이저 빔을 위한 개구 조리개 어셈블리 - Google Patents

고전력 레이저 빔을 위한 개구 조리개 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양태는 전자기 방사 시스템의 이용을 위한 개구 조리개 어셈블리를 포함하는데, 적용된 전자기 방사에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 이루어진 개구 조리개로 구성되며, 전자기 방사를 상기 적어도 부분적으로 투명한 재료로 편향하도록 상기 개구 조리개의 적어도 일부가 그 경계에 형성된다. 또한, 본 발명은 전자기 방사빔의 적어도 일부를 블로킹하기 위한 방법 및 전자기 방사 시스템에 이용하기 위한 푸리에 필터에 관한 것이다.
개구 조리개, 푸리에 필터 어셈블리, 레이저 빔

Description

고전력 레이저 빔을 위한 개구 조리개 어셈블리{APERTURE STOP ASSEMBLY FOR HIGH POWER LASER BEAMS}
기술분야
본 발명은 일반적으로 개구 조리개 어셈블리에 관한 것으로, 더 상세하게는, 형상 및 차원을 변화시키지 않고 고전력 레이저 빔을 다룰 수 있는 개구 조리개에 관한 것이다.
본 발명의 배경기술
일반 광원으로, 광원에 의해 발광된 광은 보통 저에너지로 이루어진다. 광학 리소그래피 또는 메트롤로지에서, 엑시머 레이저는 광원으로서 이용될 수도 있고, 종래, 레이저로부터 출력된 방사는 방사빔-스크램블링 일루미네이터를 통과하여 특정 영역, 예를 들어 SLM 영역상에 광도를 균일하게 분포시킨다. 고전력 레이저 빔 소스로부터의 에너지가 너무 높아서, 빔 형상을 설정하기 위해 단순 블로킹 개구 장치를 이용할 수는 없다. 이러한 단순 블로킹 개구는 가열될 수도 있고, 이러한 이유로 차원 및/또는 형태를 변화시킬 수도 있다. 단순 블로킹 개구의 또 다른 문제는, 고전력 레이저 빔으로부터의 가열 효과로 인해, 개구 조리개의 재료는 개구 조리개가 배열될 수도 있는 광학 시스템의 다른 컴포넌트를 제거 및 재퇴적시키는 것을 시작할 수도 있다는 것이다. 다른 종래 개구 조리개는 종종 수개의 별개 부분으로 구성된 대규모 (bulky) 구조일 수도 있는데, 이것이 문 제다.
따라서, 당 업계에서는 레이저 빔으로부터 차단되는 전력을 다룰 수 있는 간단하지만 효율적인 해결법이 필요하다.
본 발명의 개시
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급한 문제 중 하나 이상을 극복하거나 적어도 감소시키는, 고전력 레이저 빔을 위한 개구 조리개 어셈블리를 제공하는 것이다.
특히, 이러한 목적은 전자기 방사 시스템의 이용을 위한 개구 조리개 어셈블리에 의해 달성되는 본 발명의 제 1 양태에 따른 것이며, 적용된 전자기 방사에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 이루어진 개구 조리개를 포함하며, 전자기 방사를 상기 적어도 부분적으로 투명한 재료로 편향하도록 상기 개구 조리개의 적어도 일부가 그 경계에 형성된다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 언급된 문제 중 하나를 극복하거나 적어도 감소시키는 고전력 전자기 방사빔을 형상화하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 전자기 방사빔의 적어도 일부를 블로킹하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 전자기 방사빔을 발생시키는 동작, 상기 전자기 방사빔을 빔 개구 어셈블리에 충돌시키는 동작, 적용된 전자기 방사에 적어도 부분적으로 투명한 재료에서 상기 전자기 방사빔의 적어도 일부를 블로킹하고, 상기 일부를 하나 이상의 내부 전반사를 통해 편향시킴으로써 개구 조리개를 규정하는 동작을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 상세한 설명, 도면 및 청구항에 반영된다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명으로부터 이로울 수도 있는 종래 기술에 따른 레이저의 측면도를 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명의 개구 조리개 어셈블리의 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 3 은 종래 기술에 따른 단순 블로킹 개구 조리개의 평면도를 도시한다.
발명의 상세한 설명
다음의 상세한 설명은 도면을 참조하여 이루어진다. 바람직한 실시형태는 본 발명을 예시하기 위해 설명되며, 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자는 다음의 설명에 대한 다수의 균등한 변형을 알 수 있을 것이다.
다음의 상세한 설명에서는 광학 투명 재료를 참조한다. 다음의 설명은 오직 광학 투명 재료에만 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 당업자는 선택된 재료가 적용된 전자기 방사에 의존한다는 것, 즉, 이용될 재료가 적용된 전자기 방사에 적어도 부분적으로 투명하여야 한다는 것을 인지할 것이다.
도 3 은 종래 기술에 따른 단순 블로킹 개구 (300) 의 평면도를 도시한다. 상기 단순 블로킹 개구는 개구 (310) 및 개구 조리개 (320) 를 포함한다. 개구 조리개 (320) 는 적용된 전자기 방사, 예를 들어 금속에 불투명한 재료로 이루어진다. 개구 (300) 는 여기서는 직사각형으로 설명된다. 직사각형 개구는 엑 시머 레이져일 수도 있는 방사의 소스로부터 발생하는 간섭 방사빔을 형성할 수도 있다.
도 2 는 본 발명에 의한 개구 조리개 어셈블리 (200) 의 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다. 상기 개구 조리개 어셈블리 (200) 는 광학 투명 재료 (230), 개구 조리개 (210), 빔 덤프 (220), 개구 (260), 하우징 (270) 을 포함한다.
도 2 에 도시된 바와 같은 개구 조리개 어셈블리 (200) 는 다음과 같이 작동할 수도 있다. 도 2의 우측으로부터 오는 레이저빔 (240, 250a, 250b) 은 개구 조리개 어셈블리 (200) 에 충돌할 수도 있다. 상기 레이저 빔의 내부 (240) 는 방해받지 않고 개구 (260) 를 통과할 수도 있다. 상기 레이저빔의 외부 (250a, 250b) 는 프리즘이 형성된 개구 조리개 (210) 에 부딪힐 수도 있다. 상기 프리즘이 형성된 개구 조리개 (210) 는 광학 투명 재료, 예를 들어, 유리, 쿼츠, 용융 실리카 (fused silica) 또는 임의의 다른 광학 투명 재료로 이루어질 수도 있다. 선택된 재료는 개구 조리개 어셈블리 (200) 에 의해 형상화 또는 필터링되는 전자기 방사빔에 이용되는 파장에 의존한다. 프리즘이 형성된 개구 조리개 (210) 의 각은 내부 전반사가 있도록 선택될 수도 있다. 상기 각은 45 도 일 수도 있다. 내부 전반사의 요구를 충족시키는 임의의 디자인의 개구 조리개가 이용될 수도 있다.
표준 레이저 애클리케이션에서, 투명 재료 (230) 의 두께는 5 - 10 ㎜ 일 수도 있다. 빔 덤프 (220) 가 냉각에 충분한 공간을 가질 수 있도록 빔으로부터 의 수직 길이가 채용될 수도 있다. 빔 덤프 (220) 및 하우징 (270) 의 나머지는 메탈로 이러우질 수도 있다. 빔 덤프 (220) 의 단순 형태는 레이저-블레이드 스택이지만, 높은 퍼센트의 빔 에너지를 흡수하는 빔 덤프 (220) 가 이용될 수도 있다. 빔 덤프 (220) 는 임의의 기체 또는 액체에 의해 냉각될 수도 있다. 개구 (260) 는 임의의 형태, 1차원 또는 2차원을 취할 수도 있다. 2 차원 개구 (260) 의 예시적인 실시형태는 원형, 사각형, 타원형, 별 형태 등이다.
개구 조리개 (210) 를 위해 선택된 재료가 광학적으로 투명하기 때문에, 흡수가 거의 없어서 개구 조리개 (210) 의 열 퇴적이 매우 작다. 이러한 이유로 상기 개구 조리개 (210) 는 매우 잘 그 형태 및 형상을 유지할 수도 있다. 광은 개구 조리개 (210) 에 흡수되지 않는다. 도 2 에서, 상기 방사 빔의 일부는 초과 에너지가 열로서 방산되는 빔 덤프 (220) 에서 트랩핑된다. 개구 조리개 (210) 로부터의 후면 반사를 감소시키기 위해, 상기 개구 조리개 (210) 는 반사방지층으로 적어도 부분적으로 코팅될 수도 있다. 개구 조리개 어셈블리 (200) 는 적절한 재료의 선택에 의해 임의의 종류의 전자기 방사에 이용될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 방사 소스는 UV, DUV, EUV 등과 같은 임의의 파장의 엑시머 레이저일 수도 있다. 특히, 본 발명은, 엑시머 레이저 또는 정의된 형상의 다른 전자기 방사 소스로 균일한 조명을 이용하는 패턴 발생기 및 메트롤로지 및 검사 시스템에 이용하는데 적합하다.
본 발명의 개구 조리개 어셈블리 (200) 는 임의의 전자기 방사 빔을 형상화하는데 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 개구 조리개 어셈블리는 푸리에 (Fourier) 개구 어셈블리로서 이용될 수 있다. 그러한 경우에, 하나 또는 복수의 회절 차수는 푸리에 개구 (260) 를 통과할 수도 있고, 하나 또는 복수의 회절 차수는 푸리에 개구 조리개 (210) 에 의해 블로킹될 수도 있다.
도 1 은 종래의 횡단선으로 여기된 레이저, 예를 들어, 엑시머 레이저를 도시한다. 상기 레이저는 함께 공진 캐비티 (resonant cavity; 170) 을 형성하는 제 1 미러 (110) 및 제 2 미러 (120) 를 포함한다. 또한, 레이저는 함께 방출 볼륨 (160) 을 형성하는 제 1 전극 (130) 및 제 2 전극 (140) 을 포함한다. 하우징 (150) 은 상기 방출 볼륨 (160) 및 상기 공진 캐비티 (170) 을 둘러싼다. 미러 (110, 120) 중 하나는 공진 캐비티 내에서 생성되는 방사빔으로 하여금 발산되도록 하기 위해 부분적으로 반사된다. 다른 하나의 미러는 전체적으로 반사될 수도 있다. 하우징은 상기 부분 반사 미러가 배열되는 말단에서, 발산된 파장에 투명할 수도 있다.
본 발명이 상술한 바람직한 실시형태 및 실시예를 참조하여 개시되더라도, 이들 실시예는 제한하는 의미보다는 예시적인 의도라는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 사상 및 다음의 청구항의 범위 내에서의 변경 및 조합이 당업자에게 용이하게 일어날 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자기 방사 시스템에서 이용하기 위한 개구 조리개 어셈블리로서,
    - 적용된 전자기 방사에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 이루어진 개구 조리개를 포함하며,
    - 상기 개구 조리개의 적어도 일부는, 전자기 방사를 상기 투명 재료로 편향시키기 위해 개구의 경계에 형성되는, 개구 조리개 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 개구 조리개에 의해 편향된 상기 전자기 방사를 수신하는 하나 이상의 빔 덤프를 더 포함하는, 개구 조리개 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 1 차원에서 적어도 부분적으로 상기 전자기 방사를 정지시키는, 개구 조리개 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 2 차원에서 적어도 부분적으로 상기 전자기 방사를 정지시키는, 개구 조리개 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 유리, 쿼츠, 용융 실리카로 된 재료 중 하나로 이루어진, 개구 조리개 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 반사방지 재료의 층으로 적어도 부분적으로 코팅되는, 개구 조리개 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 내부 전반사를 허용하도록 형상화되는, 개구 조리개 어셈블리.
  8. 전자기 방사빔의 적어도 일부를 블로킹하기 위한 방법으로서,
    - 전자기 방사빔을 발생시키는 동작,
    - 상기 전자기 방사빔을 빔 개구 어셈블리에 충돌시키는 동작, 및
    - 상기 충돌한 전자기 방사빔에 적어도 부분적으로 투명한 재료에서 상기 전자기 방사빔의 적어도 일부를 블록킹하고, 상기 일부를 하나 이상의 내부 전반사에 의해 편향시킴으로써 개구 조리개를 규정하는 동작을 포함하는, 전자기 방사빔의 적어도 일부의 블로킹 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 블로킹된 전자기 방사빔의 적어도 일부를 하나 이상의 빔 덤프로 편향시키는 동작을 더 포함하는, 전자기 방사빔의 적어도 일부의 블로킹 방법.
  10. 전자기 방사 시스템에서 이용하기 위한 푸리에 (Fourier) 필터 어셈블리로서,
    - 적용된 전자기 방사빔에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 이루어진 푸리에 개구 조리개를 포함하며,
    - 전자기 방사의 하나 이상의 회절 차수를, 상기 적용된 전자기 방사빔에 상기 적어도 부분적으로 투명한 재료로 편향시키기 위해, 상기 푸리에 개구 조리개의 적어도 일부가 개구의 경계에 형성되는, 푸리에 필터 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 투명한 푸리에 개구 조리개에 의해 편향되는 전자기 방사의 하나 이상의 회절 차수를 수신하는 하나 이상의 빔 덤프를 더 포함하는, 푸리에 필터 어셈블리.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개는 1 차원에서 적어도 부분적으로 상기 전자기 방사의 상기 하나 이상의 회절 차수를 정지시키는, 푸리에 필터 어셈블리.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개는 2 차원에서 적어도 부분적으로 상기 전자기 방사의 상기 하나 이상의 회절 차수를 정지시키는, 푸리에 필터 어셈블리.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개는 유리, 쿼츠, 용융 실리카로 된 재료 중 하나로 이루어진, 푸리에 필터 어셈블리.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개는 반사방지 재료의 층으로 적어도 부분적으로 코팅되는, 푸리에 필터 어셈블리.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개의 각은 내부 전반사를 허용하도록 선택되는, 푸리에 필터 어셈블리.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 푸리에 개구 조리개는 프리즘 형상인, 푸리에 필터 어셈블리.
  18. 레이저 방사를 반사하기 위한 공진 캐비티, 및 자극된 방출 (stimulated emission) 이 발생하는 상기 공진 캐비티 내의 영역을 형성하는 이격된 한 쌍의 미러를 포함하는 레이저로서,
    상기 레이저는 제 1 항에 기재된 개구 조리개 어셈블리를 더 포함하는, 레이저.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 개구 조리개 어셈블리는 상기 공진 캐비티 내에 배열되는, 레이저.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 개구 조리개 어셈블리는 상기 공진 캐비티 외부에 배열되는, 레이저.
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