KR101010584B1 - 극단 자외광원 및 극단 자외광원용 타깃 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 높은 발광효율로 극단 자외광을 발광할 수 있는 극단 자외광원용 타깃을 제공하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이다. 이와 같은 목적은, 다음과 같이 하여 달성된다.
중금속 또는 중금속화합물로부터의 0.5％∼80％인 고체의 타깃(target)을 이용한다. 이 타깃에 레이저광을 조사(照射)하면, 타깃이 함유하는 중금속의 플라스마가 생성되어, 그 중금속의 종류에 따른 소정 파장의 극단 자외광이 이 플라스마로부터 방사된다. 타깃의 밀도를 상기와 같이 결정(結晶) 밀도보다도 작게 함으로써, 생성되는 플라스마 밀도의 공간분포를 제어하여, 플라스마가 레이저광의 에너지를 흡수하는 영역과 플라스마가 극단 자외광을 발광하는 영역을 일치시킬 수 있다. 이로써, 에너지의 손실을 억제하여 발광효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대 밀도가 결정 밀도의 24％인 SnO2 타깃을 이용하는 쪽이, Sn결정의 타깃을 이용하는 것보다도 파장 13.5㎚ 부근의 발광효율이 높다.

Description

극단 자외광원 및 극단 자외광원용 타깃{Extreme ultraviolet light source and target for extreme ultraviolet light source}
본 발명은, 파장 1∼100㎚의 극단(極端) 자외광을 발생시키기 위한 타깃(target), 이 타깃의 제조방법 및 이 타깃을 이용한 극단 자외광원에 관한 것이다. 이 타깃 및 극단 자외광원은, 반도체장치의 제조에 있어서의 리소그래피 등에 적합하게 이용할 수 있다.
반도체 집적회로는 통상, 리소그래피 기술을 이용하여 제작된다. 리소그래피의 최소 가공치수는 조사(照射)하는 광의 파장에 의존하므로, 집적회로의 집적도를 향상시키기 위해서는 조사광의 파장을 짧게 하는 것이 필요하게 된다. 구체적으로는, 현재, 파장 157㎚∼365㎚의 광에 의해서 리소그래피를 행하고 있는 것에 반하여, 극단 자외광 중 파장 11㎚∼14㎚의 파장영역의 광을 이용한 리소그래피를 실용화하는 것이 목표가 되어 있다.
이 극단 자외광의 광원으로는, 단순히 상기 파장영역의 광이 발광가능한 것일 뿐만 아니라, 그 파장영역의 광을 선택적으로 발광가능한 것(다른 파장영역의 발광을 억제하는 것), 이 파장영역의 광을 높은 효율로 발광가능한 것, 장치의 오염원이 되는 것을 발생하지 않는 것 등이 요구된다.
이와 같은 조건을 만족시키는 광원의 후보로서, 레이저 플라스마 방식의 광원이 검토되고 있다. 레이저 플라스마 방식은, 타깃에 레이저광을 조사하여 플라스마를 형성하고, 이 플라스마로부터 방사되는 극단 자외광을 이용하는 것이다. 이 타깃의 재료로서는, 기체ㆍ액체ㆍ고체나 원소가 다른 다양한 것이 검토되고 있다. 이 중, 기체로 이루어지는 타깃으로는 크세논가스를 이용한 것 등이 있다. 소정의 영역에 기체를 분사함으로써 형성되는 기체의 타깃은, 이 소정영역에 레이저광을 조사하여 이용한다. 고체로 이루어지는 타깃으로서는, 중금속이나 그 화합물을 이용한 것이 검토되고 있다. 예컨대, 일본국 특허공개 평10-208998호 공보에는, Sn(주석)에 Th(토륨: thorium)을 10％ 고용(固溶; solid solution)시켜서 제작된 타깃이 기재되어 있다.
그러나, 종래의 타깃에 있어서는, 이하와 같은 문제가 있었다. 이 문제에 대해서, 종래의 고체 타깃에 있어서의 타깃 표면 근방의 공간위치와 전자온도의 관계를 나타내는 도 1을 예로 이용하여 설명한다. 도 1의 횡축에 있어서, 1×104㎛의 위치가 고체 타깃의 표면(15)의 위치이고, 그보다도 횡축의 값이 큰 쪽이 타깃 내부이다. 레이저광은, 타깃의 표면(15)을 향하여 도면 중의 화살표(13) 방향으로 조사된다. 도 1에서는, 레이저광의 파장(λL)은 1064㎚, 집광강도(ΙL)는 1×1012W/㎠이다. 도면 중 부호 11로 나타낸 영역은 형성된 플라스마가 레이저광의 에너지를 흡수하는 영역(레이저 흡수영역)이고, 부호 12로 나타낸 영역은 형성된 플라스마가 극단 자외광을 발광하는 영역(극단 자외광 발광영역)이다. 타깃에 레이저광이 조사되면, 레이저광의 에너지가 레이저 흡수영역(11)에서 흡수되고, 이 에너지가 레이저 흡수영역(11)으로부터 극단 자외광 발광영역(12)에 수송(輸送)되어, 그 에너지에 의해서 극단 자외광 발광영역(12)으로부터 극단 자외광이 발광한다. 여기서, 레이저 흡수영역(11)으로부터 극단 자외광 발광영역(12)에 에너지가 수송되는 동안에 이 에너지의 손실이 발생한다. 즉, 흡수된 에너지의 일부가 열로 변환되거나 원하는 파장영역 이외의 광의 비율이 높아져서, 발광 스펙트럼이 광범위한 분포를 가지게 되어 발광효율이 저하된다.
더욱이, 고체나 액체의 타깃에 레이저광을 조사하면, 타깃의 일부가 플라스마화되지 않고 입자가 되어 타깃으로부터 비산(飛散)된다. 이 비산입자(파편; debris)는, 광학계 등에 부착하거나 광학계 등을 파손시킴으로써, 장치의 정밀도를 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 높은 발광효율로 극단 자외광을 발광할 수 있고, 파편의 발생을 억제할 수 있는 극단 자외광원, 및 이 극단 자외광원에 이용하는 타깃을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관련된 극단 자외광원용 타깃은, 그 밀도를 조정함으로써 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 접근시킨 것을 특징으로 한다.
상기 극단 자외광원용 타깃에 있어서, 상기 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 일치시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 극단 자외광원용 타깃에서는, 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 접근시킴으로써, 타깃에 레이저광이 조사되었을 때에 레이저 흡수영역에서 흡수된 에너지가 극단 자외광 발광영역에 수송될 때의 에너지의 손실을 저감할 수 있다. 이로써, 극단 자외광의 발광효율을 높일 수 있다. 더욱이, 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 일치시키면, 조사 레이저 강도, 나아가서는 투입 에너지가 작아져서, 극단 자외광의 발광효율을 높일 수 있다.
레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 종래의 타깃보다도 접근시키고, 혹은 양자를 일치시키는 방법으로서, 본 발명자들은, 타깃의 밀도를 조정하는 방법을 생각하기에 이르렀다. 플라스마에 레이저광을 조사했을 때, 레이저광의 에너지는, 플라스마의 밀도가 조사 레이저광의 파장에 대응한 소정범위 내에 있을 때에 플라스마에 흡수된다. 타깃에 레이저광을 조사했을 때에 생성되는 플라스마의 밀도는, 타깃의 밀도에 의존한다. 따라서, 타깃의 밀도를 조정함으로써, 플라스마 밀도가 상기 소정범위 내(內)가 되는 공간영역, 즉 레이저 흡수영역을 이동시킬 수 있다. 한편, 극단 자외광은 플라스마가 소정의 전자온도의 범위에 있는 공간영역에서 발광하고, 타깃 밀도의 변화에 따라서는 소정의 전자온도 조건은 변화하지 않는다. 따라서, 타깃의 밀도를 적절하게 설정함으로써, 레이저 흡수영역을 극단 자외광 발광영역에 가깝게 하고, 더 나아가서는 일치시킬 수 있다.
도 1의 예에서는, 레이저 흡수영역(11)을 극단 자외광 발광영역(12)에 가깝게 하기 위해서, 타깃의 밀도를 작게 하면 좋다. 이로써, 생성되는 플라스마 밀도가 작아져서, 레이저 흡수영역(11)이 레이저광의 조사된 측에서 보아 안쪽, 즉 표면(15)측으로 이동한다. 한편, 레이저 흡수영역(11)보다도 표면(15) 쪽에 있는 극단 자외광 발광영역(12)은, 상기와 같이 레이저광이 조사되어도 이동하지 않는다. 따라서, 타깃의 밀도를 작게 함으로써, 레이저 흡수영역(11)이 극단 자외광 발광영역(12)에 가까워진다.
레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 접근 또는 일치시키기 위해서 극단 자외광원용 타깃의 밀도를 조정하는 방법으로서는, 예컨대 이하와 같은 방법을 취할 수 있다.
제1 태양(態樣)은, 중금속 또는 중금속화합물 타깃을 사용하는 경우, 그 중금속 밀도 또는 중금속화합물의 밀도를, 이 중금속 또는 중금속화합물의 결정(結晶) 밀도의 0.5％∼80％로 한다.
제2 태양은, 기체 타깃을 사용하는 경우, 그 기체로부터, 고체밀도의 0.5％∼80％의 밀도를 가지는 프로스트(frost)를 생성하여, 그것을 타깃으로 한다.
상기 제1 태양의 극단 자외광원용 타깃에 대해서 상세하게 설명한다. 이 타깃은 중금속 또는 중금속화합물로 이루어지는 고체 타깃으로서, 그들의 결정의 밀도보다도 작은 밀도를 가지는 것이다.
상기 중금속으로는, Ge(게르마늄), Zr(지르코늄), Mo(몰리브덴), Ag(은), Sn(주석), La(란탄), Gd(가돌리늄), W(텅스텐) 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 이들의 중금속산화물, 중금속 착체(錯體; complex), 유기(有機) 중금속화합물 등의 화합물도 이용할 수 있다.
본 타깃에 레이저광을 조사함으로써, 그 타깃이 함유하는 중금속의 플라스마가 생성되고, 그 중금속의 종류에 따른 소정의 파장의 극단 자외선이 이 플라스마로부터 방사된다. 예컨대, 상기 중금속이 Ge인 경우에는 파장 31.9㎚, Zr인 경우에는 파장 22.4㎚, Mo인 경우에는 파장 20.4㎚, Ag인 경우에는 파장 16.0㎚, Sn인 경우에는 파장 13.6㎚, La인 경우에는 파장 9.2㎚, Gd인 경우에는 파장 6.8㎚, W인 경우에는 파장 5.0㎚의 극단 자외선이, 생성되는 플라스마로부터 방사된다.
본 타깃에서는, 상기 이유에 의해서 종래의 타깃보다도 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 가깝게 할 수 있다. 그리고, 타깃의 밀도가 중금속 또는 중금속화합물의 결정 밀도의 0.5％∼80％일 때, 양자를 일치시킬 수 있다.
중금속 또는 중금속화합물의 결정 밀도의 0.5％∼80％의 밀도를 가지는 타깃으로는, 예컨대 중금속 또는 중금속화합물의 고체 중에 기포를 포함시킨 것이나, 졸겔(sol-gel)법에 의해서 제작되는 에어로겔 등이 있다.
본 타깃의 밀도를 1％로 한 경우에 대해서, 타깃 표면 근방의 공간위치와 전자온도의 관계를 나타낸 그래프를 도 2에 나타낸다. 횡축의 정의, 레이저광의 조사방향(17), 및 타깃 표면(18)의 위치는 상기 도 1의 경우와 마찬가지이다. 조사된 레이저광의 파장(λL)은 350㎚, 강도(ΙL)는 1×1012W/㎠ 이다. 도 2에 있어서 영역(16)으로 나타낸 영역이 레이저 흡수영역 및 극단 자외광 발광영역으로서, 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역은 일치하고 있다.
더욱이, 타깃의 밀도를 작게 함으로써, 타깃이 플라스마화하지 않고 입자로서 비산(飛散)하는 것을 억제하여, 파편(debris)의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 태양의 극단 자외광원용 타깃에 대하여 설명한다. 이 타깃은, 기체를 급냉함으로써 생기는 프로스트(frost)로 이루어진다. 프로스트를 구성하는 원소에 따라서, 1개의 이온으로부터 나오는 전자수가 다르기 때문에 적절한 프로스트의 밀도는 다르지만, 고체 밀도의 0.5％∼80％이면 대부분의 원소에서 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 거의 일치시킬 수 있다.
프로스트는, 종래, 기체 타깃으로서 이용되어 온 기체로부터 생성하고, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 크세논, 수소, 산소, 질소, 아르곤, 크립톤 등, 및 이들의 수소, 헬륨과의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 이용하는 원소에 따라서, 발광하는 극단 자외광의 파장이 다르다. 예컨대, 상기 기체가 크세논인 경우에는 파장 11㎚ 및 13㎚ 등, 아르곤인 경우에는 파장 8∼12㎚ 및 26㎚ 등, 크립톤인 경우에는 파장 10㎚ 등, 질소인 경우에는 파장 2∼3㎚ 등, 산소인 경우에는 파장 2∼3㎚ 등의 극단 자외선이 방사된다.
본 발명에 관련된 극단 자외광원용 타깃을 사용한 극단 자외광원은, 본 타깃과, 이 타깃에 레이저광을 조사하는 레이저광을 구비하는 것이다. 이 레이저광원으로는, YAG(Yttrium Aluminum Garnet; 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛) 레이저광원 또는 엑시머 레이저광원을 적합하게 이용할 수 있다. 조사하는 레이저광은, 이들 레이저광원이 발하는 기본파에 한정되지 않고, 고조파이어도 좋다.
상기 제1 태양의 극단 자외광원용 타깃은 상온에서 고체이기 때문에, 타깃을 극단 자외광원의 장치에 고정하기 위해서 특별히 조치할 필요는 없다. 한편, 제2 태양의 극단 자외광원용 타깃은, 저온에서 생성되고, 그 온도에서 사용된다. 이 때문에, 제2 태양의 타깃을 사용한 극단 자외광원은,
⒜ 프로스트를 배출가능한 배출구를 가지는 호퍼와,
⒝ 호퍼를 냉각하기 위한 냉동기와,
⒞ 호퍼의 벽면을 단속(斷續)적으로 가열할 수 있는 히터와,
⒟ 호퍼의 주위를 진공으로 유지하기 위한 진공실로서, 외부로부터의 레이저광을 상기 배출구 부근으로 안내하는 제1 창(窓)과, 극단 자외광을 취출(取出)하기 위한 제2 창을 가지는 진공실,
을 구비하는 것일 것이 바람직하다.
이 장치에 있어서, 냉동기에 의해서, 프로스트의 원료가 되는 기체의 응고점 이하의 온도로 호퍼를 냉각하면서 이 호퍼에 이 기체를 주입하면, 호퍼의 내벽면에서 기체가 응고하여, 그것이 내벽면에 부착된다. 이 상태에서 호퍼의 벽면을 히터로 가열하면, 응고한 원료가 승화(昇華)하여 고밀도의 기체가 된다. 거기서 바로 히터를 끊음으로써, 이 고밀도 기체가 급랭되어 눈(雪) 상태의 프로스트가 된다. 이 히터의 ON/OFF를 단속적(斷續的)으로 행함으로써, 프로스트는 단속적으로 생성된다. 생성된 프로스트는 호퍼 내에 퇴적하고, 그것이 배출구로부터 호퍼 밖으로 배출된다. 프로스트의 생성은 연속적이지 않지만, 프로스트를 일단 호퍼 내에 퇴적시킴으로써, 호퍼 밖으로는 연속적으로 공급할 수 있다. 제1 창으로부터 레이저광을 입사시켜서, 배출된 프로스트에 조사한다. 이로써, 극단 자외광을 발생시킬 수 있다. 얻어진 극단 자외광은, 제2 창으로부터 취출된다. 여기서, 제1 창을 렌즈로 하여 집광기를 겸하도록 하여도 좋다.
상기 히터를 고주파 방전(무(無)전극 글로우 방전)을 원리로 하는 것으로 함으로써, 방전에 의해서 급격하게 상기 고밀도 기체가 생성되고, 방전정지와 함께 급랭되므로, 프로스트의 생성에 있어서 바람직하다. 이 경우, 히터의 방전전극을 복수 쌍 설치함으로써, 어느 세트의 방전전극으로 방전시켜서 고밀도 기체를 생성하고 있는 동안에, 다른 세트의 방전전극의 방전을 정지시켜서 고화(固化)층을 형성할 수 있다. 따라서, 연속하여 프로스트를 생성할 수 있기 때문에 바람직하다.
이 장치는 더욱이, 상기 호퍼의 배출구 직전에 회전가능하게 고정되고, 지름방향으로 방사상(放射狀)으로 돌출하는 복수의 날개(blade)를 가지는 날개바퀴를 구비하고, 상기 호퍼는, 배출구의 직전에서 날개바퀴를 포위하도록 배출구 부근이 날개바퀴와 거의 원통 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 날개바퀴의 회전과 함께 적정량의 프로스트가 호퍼 밖으로 배출된다. 여기서, 날개바퀴의 회전축을 중공(中空)으로 하여, 그 속에도 냉매를 통하게 하여 놓으면, 프로스트의 승화가 억제되므로 바람직하다.
도 1은, 종래의 타깃에 있어서의 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역의 관계를 나타낸 그래프.
도 2는, 본 발명에 관련된 극단 자외광원용 타깃에 있어서의 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역의 관계를 나타낸 그래프.
도 3은, 본 발명에 관련된 제1 태양의 극단 자외광원용 타깃의 일실시예인 저밀도 SnO2 타깃의 제2 제조방법을 나타낸 종단면도.
도 4는, 저밀도 SnO2 타깃을 이용하여 얻어진 극단 자외광의 발광 스펙트럼의 일례를 나타낸 그래프.
도 5는, 본 발명에 관련된 제2 태양의 극단 자외광원용 타깃을 이용한 극단 자외광원의 제1 실시예를 나타낸 종단면도.
도 6은, 본 발명에 관련된 제2 태양의 극단 자외광원용 타깃을 이용한 극단 자외광원의 제2 실시예를 나타낸 종단면도.
도 7은, 도 6의 A-A 단면도.
우선, 제1 태양의 극단 자외광원용 타깃의 실시예로서, 중금속화합물인 SnO2(이산화주석)을 포함하는 타깃(이하, 「저밀도 SnO2 타깃」이라고 한다)에 대하여 서술한다.
본 발명의 저밀도 SnO2 타깃의 제1 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, SnCl4(사염화주석) 1.0g을 탈수 메탄올(물을 불순물로서 함유하지 않는 메탄올) 20.0g에 가하여 교반하였다. 이로써, 메탄올의 수산기(水酸基)가 주석(Ⅳ)으로 치환된 주석(Ⅳ) 메톡시드(methoxide)의 메탄올 용액을 얻었다. 이 용액에 순수(純水) 50㎖를 혼합한다. 이로써, 주석(Ⅳ) 메톡시드가 가수분해한, SnO2를 포함하는 겔(gel)을 얻었다. 이 겔을 유리기판 상에 코팅한 후, 건조시켜서, 두께가 100㎛, 밀도가 0.05g/㎤의 저밀도 SnO2 타깃을 얻었다. 여기서, 이 타깃의 밀도의 값은, SnO2 결정의 밀도(6.95g/㎤)의 0.7％이다.
또한, 상기 유리기판 대신에 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 등으로 이루어지는 테이프 형상의 박막을 기판으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면 테이프 형상의 저밀도 SnO2 타깃을 얻을 수 있다. 이 테이프 형상 타깃을 이용하면, 테이프를 용이하게 이동시킬 수 있고, 이로써 레이저광 조사위치에 항상 새로운 조사면을 노출함으로써, 광원의 연속운전이 가능해진다. 또한, 원반 형상 또는 원통 형상의 기판 상에 저밀도 SnO2 타깃을 제작하면, 이 원판 형상 또는 원통 형상 타깃을 회전시키면서 레이저광을 조사함으로써, 상기 테이프 형상 타깃과 마찬가지로 광원의 연속운전을 행할 수 있다.
저밀도 SnO2 타깃의 제2 제조방법에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다. 제1 제조방법과 마찬가지로, SnCl4 1.0g을 탈수 메탄올 20.0g에 가하여 교반한 후, 이에 순수 50㎖를 혼합하여 SnO2를 포함하는 겔(21)을 얻었다. 다음으로, 이 SnO2 함유 겔(21)을, 나노파티클 폴리스틸렌(22)을 충전한 용기(23)에 넣고, SnO2 함유 겔(21)과 나노파티클 폴리스틸렌(22)을 혼합하였다. 여기서, 나노파티클 폴리스틸렌(22)은, 입자직경 수 ㎛의 미소(微小)한 폴리스틸렌 입자이다. 이것을 240℃로 가열함으로써, 나노파티클 폴리스틸렌(22)이 기화(氣化)하여, SnO2(24)만이 잔존하였다(c). 이와 같이, 밀도가 SnO2 결정의 24％인 저밀도 SnO2 타깃(25)을 얻었다.
여기서, 상기 실시예에서는 탈수 메탄올을 이용하였지만, 탈수 에탄올 등의 다른 탈수 알콜을 이용할 수도 있다. 또한, SnO2 이외의 중금속산화물로 이루어지는 저밀도 타깃도, 상기와 마찬가지의 방법에 의해서 제조할 수 있다.
이들의 제조방법에 의해서 제작되는 타깃의 중금속산화물 밀도는, 원료인 중금속염화물, 알콜, 물의 양을 적절하게 설정함으로써, 중금속산화물 결정의 0.5％∼80％가 되도록 할 수 있다.
제2 제조방법에 있어서, SnO2 함유 겔(21)과 나노파티클 폴리스틸렌(22)의 혼합물을 가열하는 온도는, 나노파티클 폴리스틸렌(22)이 기화하는 하한온도인 240℃ 이상, 중금속산화물의 분해온도 이하로 한다.
도 4에, 상기 제2 제조방법에 의해서 제작된 극단 자외광원용 타깃(밀도 : SnO2 결정의 24％)을 이용하여 얻어진 극단 자외광의 발광 스펙트럼의 일례를 나타 낸다. 이 발광 스펙트럼은, Nd-YAG 레이저광원으로부터 얻어진 3배 고조파(파장 350㎚)의 레이저광을 상기 제2 제조방법에 의해서 제작된 저밀도 SnO2 타깃에 조사함으로써 얻어진 것이다. 비교를 위해서, Sn으로 이루어지는 밀도 100％의 타깃에 마찬가지의 레이저광을 조사함으로써 얻어진 스펙트럼을 아울러 나타낸다.
반도체장치의 제조에 이용되는 리소그래피에 있어서는, 파장 13∼14㎚의 영역에 큰 강도를 가지는 극단 자외광을 얻는 것이 요구된다. 본 실시예 및 비교예에 있어서 얻어진 스펙트럼은 공히 이 파장범위 내인 13.5㎚ 부근에 피크를 가지지만, 이 피크 강도는 본 실시예의 쪽이 비교예보다도 크다. 이 피크 강도의 증가는, 저밀도 타깃을 이용함으로써 발광의 강도 자체가 종래보다도 커져 있는 것 더하여, 피크의 형상이 보다 첨예(尖銳)하게 되어 상기 파장영역에 있어서의 발광의 비율이 증가하고 있음에 의한다.
다음으로, 제2 태양의 프로스트로 이루어지는 타깃을 이용한 극단 자외광 발생장치의 제1 실시예에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 실시예의 극단 자외광 발생장치의 종단면도이다. 이 장치는, 냉동기(31), 가스주입관(32), 히터(33), 호퍼(34), 압출봉(押出棒)(35), 감시기(36), 진공실(37), 고출력 펄스 레이저광 발생기(38) 및 파장변환기(39)를 구비한다.
호퍼(34)는, 진공실(37) 내에 고정되어 있고, 상부가 원통 형상의 몸통부(胴部)(34a), 하부가 원추 형상의 가이드부(34b)로 이루어진다. 몸통부(34a), 가이드 부(34b)는 모두 유리, 세라믹 등의 절연재료로 이루어진다. 호퍼(34)의 하단에, 프로스트를 배출가능한 배출구(41)를 마련한다. 또한, 호퍼(34)의 주위에는 벽면을 따라서 냉매, 예컨대 액체 헬륨이 순환하는 배관(42)을 마련한다. 배관(42)은 진공실(37)을 기밀(氣密)하게 관통하여 냉동기(31)에 접속된다. 히터(33)는 고주파방전을 원리로 하는 것으로서, 한 쌍의 방전전극(33a, 33b) 및 고주파전원(33c)으로 이루어진다. 방전전극(33a 및 33b)은 몸통부(34a)의 벽 내면에 마련되어 있다. 여기서, 벽의 두께나 재질에 따라서는 방전전극을 벽의 외면에 마련하여도 좋다. 압출봉(35)은, 호퍼(34) 내에서 연직으로 세워져 있고, 진공실(37)의 외측으로부터 원격조작에 의해서 상하이동 가능하게 설정되어 있다.
진공실(37)의 벽면에는, 배출구(41)와 동일 높이에, 렌즈로 이루어지는 제1 창(43)을 마련하고, 제1 창(43)에 대향하여 제2 창(44)을 마련한다. 그리고, 진공실(37)의 외측에는, 제1 창(43)에 파장변환기(39) 및 레이저광 발생기(38)를 차례로 접속한다. 가스주입관(32)은 진공실(37)의 측면 및 몸통부(34a)를 기밀하게 관통하고, 외부로부터 가스를 호퍼(34) 내에 주입가능하게 하고 있다. 진공실(37)에는 감시기(36)도 관통하고 있고, 감시기(36)의 선단은 배출구(41)에 접근하고 있다.
제1 창(43)을 구성하는 렌즈는, 그 초점이 배출구(41)의 바로 아래에 위치하도록 맞춰져서, 집광기를 겸하고 있다. 따라서, 레이저 발생기(38)로부터 발생된 펄스 레이저광은, 파장변환기(39)에서 프로스트에 대한 흡수율이 높은 고조파로 변환되어, 제1 창(43)에서 굴절하여 배출구(41)의 바로 아래에 집광된다.
본 실시예의 장치의 동작을, 크세논(Xe)을 타깃으로 하는 경우를 예로 하여 설명한다. 우선 냉동기(31)를 구동시켜서, 상압(normal pressure)에서 Xe이 고화하는 온도인 161K 이하까지 호퍼(34)를 냉각한다. 그리고, Xe가스를 가스주입관(32)으로부터 호퍼(34) 내에 주입하면, 호퍼(34)의 내벽면에 Xe의 고화층이 형성된다. 여기서, 고주파전원(33c)에 의해서 방전전극(33a, 33b) 사이에 고주파방전시켜서, 호퍼(34)의 내벽면에 일단 형성된 고화층의 표면을 국부(局部) 가열하여 증기를 발생시킨다. 곧 고주파방전을 정지하면, 증기가 된 가스는 급속하게 냉각되어 프로스트가 된다. 생성된 프로스트는 호퍼(34)의 가이드부(34b)에 퇴적한다. 이것을 압출봉(35)으로 배출구(41)로부터 밀어냄으로써, 봉 형상의 타깃이 형성된다.
얻어진 타깃은, 고상(固相), 액상(液相), 기상(氣相)이 동시에 존재하는 삼중점(三重點)의 온도보다도 낮고, 고상(固相)과 기상(氣相)이 동시에 존재할 수 있는 온도조건 및 밀도조건 하에서, 2×1020∼8×1021 개/㎤의 입자 밀도를 가진다. 이는 고체 Xe의 질량 밀도 3.5 g/㎤, Xe의 원자량 131.3 및 아보가드로수 6.02×1023으로부터 구한 수(數)인 밀도 1.6×1022 개/㎤의 거의 0.5％∼80％에 상당한다. 따라서, 이 타깃에 예컨대 YAG 레이저광이 조사됨으로써, 이 타깃이 가열되어 전리(電離)되어, 2×1020∼8×1021 개/㎤의 이온 밀도, 1020∼1023 개/㎤의 전자 밀도를 가지는 플라스마가 발생한다. 전자 밀도의 상한이 이온 밀도의 상한의 거의 10배인 것은, 하나의 이온이 10∼15개의 전자를 방출하기 때문이고, 하한이 10배가 되지 않는 것은 가열된 플라스마가 빠르게 팽창하기 때문이다. 이렇게 하여 발생한 플라스마가 파장 13∼14㎚의 극단 자외광을 발광한다. 이 타깃 전체의 밀도가 극단 자외광 발광온도에 있어서 예컨대 YAG 레이저의 기본파장광을 흡수가능한 임계 밀도보다 약간 작기 때문에, 발광한계인 흑체방사(黑體放射)에 가까운 고효율로 발광한다. 또한, 본 실시예의 장치에 의하면, 발광에 기여하지 않는 부분을 레이저광으로 불필요하게 가열하지 않으므로, 에너지 손실을 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 파편의 발생도 억제할 수 있다.
제2 태양의 프로스트로 이루어지는 타깃을 이용한 극단 자외광 발생장치의 제2 실시예의 종단면도를 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6에 나타낸 A-A 단면의 도면을 도 7에 나타낸다.
이 장치는 냉동기(31), 가스주입관(32), 히터(33), 호퍼(34), 감시기(36), 진공실(37), 고출력 펄스 레이저광 발생기(38) 및 파장변환기(39)를 구비하고, 히터(33)와 호퍼(34)를 제외한 구성요소에 대해서는 제1 실시예의 극단 자외광 발생장치와 마찬가지이다. 또한, 이들의 구성요소에 더하여 날개바퀴(51)를 구비한다. 이하, 날개바퀴(51), 히터(33) 및 호퍼(34)만 상술한다.
히터(33)는 3쌍의 방전전극(331a-331b, 332a-332b, 333a-333b)을 가지고, 방전전극(331a와 331b, 332a와 332b, 333a와 333b)이 각각 대향하도록, 호퍼(34)의 몸통부(34a)의 벽면에 고착되어 있다.
호퍼(34)는, 가이드부(34b)의 아래에 몸통부(34a)와 직교하는 원통 형상의 하우징(34c)을 일체적으로 가지고, 하우징(34c)의 하단에 배출구(41)가 마련되어 있다. 날개바퀴(51)는, 이 하우징(34c)과 동심으로, 하우징(34c) 내에서 회전가능하게 고정되고, 지름방향으로 방사상으로 돌출하는 복수(도면에서는 8개)의 날개(52)를 가진다. 날개(52)의 선단은, 하우징(34c)의 내주면과 미소 간격을 두고 대향하고 있다. 또한, 날개바퀴(51)의 중심에도 몸통부(34a) 주위의 냉매와 동일 냉매가 순환하고 있다.
이 장치에 의하면, 1쌍의 방전전극(예컨대 331a-331b)에 통전하여 고화층으로부터 상기와 마찬가지로 증기를 발생시키고 있는 동안에, 나머지 방전전극의 방전을 정지하여 주입가스를 냉각고화시켜서, 새로운 고화층을 형성할 수 있다. 따라서, 프로스트를 연속하여 생성할 수 있다. 생성된 프로스트는, 날개(52) 사이에 퇴적하여, 날개바퀴(51)가 회전함으로써 배출구(41) 쪽에 있는 적정량의 프로스트만이 배출구(41)로부터 순차 배출된다. 상기와 마찬가지로, 배출된 프로스트에 레이저광을 조사함으로써, 극단 자외광이 발생한다.

Claims (19)

  1. 밀도를 조정함으로써 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 접근시킨 것이고,
    내부에 공극을 가지는 중금속 또는 상기 중금속화합물의 고체인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 일치시킨 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    이 극단 자외광원용 타깃이, 중금속 또는 중금속화합물로 이루어지고, 그 중금속 밀도 또는 중금속화합물 밀도가 이 중금속 또는 중금속화합물의 결정 밀도의 0.5％∼80％인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중금속이 Ge, Zr, Mo, Ag, Sn, La, Gd, W 중 어느 하나인 것, 또는 상기 중금속화합물이 Ge, Zr, Mo, Ag, Sn, La, Gd, W 중 어느 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중금속이 Sn인 것, 또는 상기 중금속화합물이 SnO2인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    타깃의 형상을 테이프 형상으로 한 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  7. 삭제
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 극단 자외광원용 타깃이, 상기 중금속 또는 중금속화합물의 에어로겔인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  9. 밀도를 조정함으로써 레이저 흡수영역과 극단 자외광 발광영역을 공간적으로 접근시키거나 일치시킨 것이고,
    고체 밀도의 0.5％∼80％의 밀도를 가지는, 기체 타깃의 프로스트(frost)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 9에 기재된 극단 자외광원용 타깃에 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광 발광방법.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 9에 기재된 극단 자외광원용 타깃과, 이 타깃에 레이저광을 조사하는 레이저광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 레이저광원이 YAG 레이저 또는 엑시머 레이저의 기본파 또는 고조파를 발(發)하는 광원인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  13. ⒜ 청구항 9에 기재된 극단 자외광원용 프로스트를 배출가능한 배출구를 가지는 호퍼와,
    ⒝ 호퍼를 냉각하기 위한 냉동기와,
    ⒞ 호퍼의 벽면을 단속(斷續)적으로 가열할 수 있는 히터와,
    ⒟ 호퍼의 주위를 진공으로 유지하기 위한 진공실로서, 외부로부터의 레이저광을 상기 배출구 부근으로 안내하는 제1 창(窓)과, 극단 자외광을 취출(取出)하기 위한 제2 창을 가지는 진공실,
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 히터가 고주파방전을 원리로 하는 것인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 히터의 방전전극이 호퍼의 외주에 복수 쌍 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    더욱이, 이 극단 자외광원이, 상기 호퍼의 배출구 직전에 회전가능하게 고정되고, 지름방향으로 방사상(放射狀)으로 돌출하는 복수의 날개를 가지는 날개바퀴를 구비하고,
    상기 호퍼는, 배출구의 직전에서 날개바퀴를 포위하도록 배출구 부근이 날개바퀴와 거의 원통 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원.
  17. ⒜ 중금속염화물을 탈수알콜에 용해시킨 후에, 이에 물을 혼합함으로써 중금속산화물을 포함하는 겔(gel)을 생성하는 겔 생성공정과,
    ⒝ 상기 겔을 건조시키는 건조공정,
    에 의해서 타깃의 중금속산화물 밀도를 이 중금속산화물 결정 밀도의 0.5％∼80％가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃의 제조방법.
  18. ⒜ 중금속염화물을 탈수알콜에 용해시킨 후에, 이에 물을 혼합함으로써 중금속산화물을 포함하는 겔(gel)을 생성하는 겔 생성공정과,
    ⒝ 상기 겔을 나노파티클 폴리스틸렌에 혼합한 후, 이 겔을 240℃ 이상 또한 중금속산화물의 분해온도 이하로 가열하는 타깃 형성공정,
    에 의해서 타깃의 중금속산화물 밀도를 이 중금속산화물 결정 밀도의 0.5％∼80％가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃의 제조방법.
  19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 중금속염화물이 SnCl4인 것을 특징으로 하는 극단 자외광원용 타깃의 제조방법.
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