KR101052922B1 - 극자외선 광원 장치 - Google Patents

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Abstract

극자외선(EUV) 광을 수집 반사하는 컬렉터(collector), 극자외선광의 생성을 위한 주석 방울(Sn droplet)을 컬렉터 내로 주기적으로 주입하는 소스(source) 공급부, 주입된 주석 방울에 조사될 레이저(laser) 광을 발진하는 레이저 발진부, 및 컬렉터 내에 주입되게 주석 방울에 레이저 광이 조준되게 주석 방울의 주입 움직임과 레이저 광의 발진을 동조시키는 동조 제어부를 포함하는 극자외선 광원 장치를 제시한다.
Figure R1020080131685
EUV, LPP, 주석, 컬렉터, 동조기

Description

극자외선 광원 장치{Apparatus of EUV light source module}
본 발명은 포토리소그래피(photolithography)에 관한 것으로, 특히, 극자외선(EUV: Extream Ultra Violet) 노광 장비에 사용되는 극자외선 광원 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리(memory) 소자를 웨이퍼(wafer) 상에 구현하는 데 포토리소그래피 기술이 이용되고 있다. 노광 광원으로 ArF 레이저(laser) 광원 사용하고 있는 가 사용되고 있는 광학 포토리소그래피 기술은 단일 노광 시 40㎚ 부근의 해상력을 유지하고 있고 있다. 따라서, 40㎚ 미만의 크기를 가지는 패턴을 구현하기 위해서, EUV 광원을 이용하는 EUV 리소그래피 기술이 제시되고 있다. EUV 리소그래피를 통해 대략 30㎚ 이하 크기의 패턴을 패터닝할 수 있을 것으로 평가되고 있다. EUV 리소그래피는 ArF 광원과 같은 노광 광원의 파장에 비하여 10배 이상 작은 파장을 사용함으로써, 보다 미세 패턴에 대한 대응이 가능하다. 미세 패턴 구현 능력은 반도체 소자 칩(chip) 크기의 감소와 함께 생산성 향상에 직접적인 영향을 주는 요소이므로, 이러한 EUV 리소그래피 기술에 대한 개발이 주목되고 있다.
EUV 광은 방전 유기 플라즈마(discharge produced plasma) 방식이나 또는 레 이저 유기 플라즈마(LPP: Laser Produced Plasma) 방식으로 만들어지고 있다. 출력을 높이는데 LPP 방식의 EUV 광원은, 발광 소스(source)인 주석(Sn)에 레이저 광을 조사하여, 주석과 레이저의 반응에 의해 EUV 광이 발진되게 구성되고 있다. 반사경인 콜렉터(collector) 내부로 주석 방울(Sn droplet)이 주입되고, 주석 방울에 이산화탄소 레이저(CO2 laser) 광이 조사되어 반응하여 플라즈마가 발생되고, 플라즈마로부터 EUV 광이 생성되게 된다.
EUV 광을 웨이퍼 노광에 적용할 경우, EUV 광이 균일한 세기(intensity)를 유지하도록 EUV 광원을 개발하는 것이 선행되어야 한다. 그런데, 보다 균일한 세기의 EUV 광을 유지하기 위해서, 소스인 주석 방울의 공급 주기를 짧게 하여 공급 속도를 보다 빠르게 할 경우, 공급된 주석 방울에 레이저 광을 조준하기가 어려워진다. 따라서, EUV 광이 균일한 세기를 유지하게 유도하는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 균일한 세기의 EUV 광을 지속적으로 유지할 수 있는 극자외선 광원 장치를 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 극자외선광을 수집 반사하는 컬렉터(collector); 상기 극자외선광의 생성을 위한 소스 방울(source droplet)을 상기 컬렉터 내로 주기적으로 주입하는 소스 공급부; 상기 주입된 소스 방울에 조사될 레이저 광을 발진하는 레이저 발진부; 및 상기 컬렉터 내에 주입되게 상기 소스 방울에 상기 레이저 광이 조준되게 상기 소스 방울의 주입 움직임과 상기 레이저 광의 발진을 동조시키는 동조 제어부를 포함하는 극자외선 광원 장치를 제시한다.
상기 소스 공급부에서 상기 컬렉터로 주입되는 상기 소스 방울의 주입 경로에 도입되어 상기 소스 방울의 주입 움직임을 감지하는 감지광을 조사하는 발광부; 상기 감지광을 수광하여 상기 감지광이 상기 주입되는 소스 방울에 의해 차단되어 발생되는 명암 변화를 감지하는 수광 센서; 및 상기 감지된 명암 변화로부터 상기 소스 방울의 크기 및 주입 속도에 대한 정보를 분석하여 상기 동조 제어부에 전달하는 신호 분석부를 더 포함하는 극자외선 광원 장치를 구성할 수 있다.
상기 수광 센서는 상기 명암 변화에 의존하여 변화되는 전기적 신호를 상기 신호 분석부로 제공하는 포토다이오드(photodiode)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는, EUV 광의 발진을 위한 소스의 공급과 레이저 광의 발진을 동조시켜, 제공되는 소스에 레이저 광이 정확하게 조준되어 발진되도록 할 수 있다. 이에 따라, 소스의 공급 속도를 보다 빨리 유지하는 경우에도, 제공되는 소스에 레이저 광이 정확하게 조준되어 EUV 광이 생성되도록 유도할 수 있다. 따라서, 소스에의 레이저 광의 조준이 부정확하여 EUV 광의 생성이 중간에 중단되어 EUV 광의 세기가 균일하게 유지되지 못하고 단속적으로 끊기는 불량을 억제할 수 있다. 이에 따라, EUV 광이 보다 오랜 시간 동안 균일한 세기로 유지되게 유도하는 EUV 광원 장치를 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 광원 장치를 설명하기 위해서 제시한 도면이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 광원 장치의 소스 방울(source droplet)의 움직임을 감지하는 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 광원 장치는, 웨이퍼 노광부(100)에 노광 광원으로 극자외선 광(201)을 제공하는 광원 발생부(200), 및 극자외선 광(201)의 발생을 동작을 제어하는 동작 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 광원 발생부(200)에서 발생된 EUV 광(201)은 노광부(100)의 마스크(M: 101) 상에 전달되고, 마스크(101) 상의 패턴 이미지(image)를 가지고, 미러부(mirror: 102)를 통해 웨이퍼(W: 103) 상에 전사된다. 웨이퍼(103)를 노광을 위해서 EUV 광(201)은 균일한 세기(intensity)를 가지게 유지되어야 한다.
광원 발생부(200)는 EUV 광(201)의 발생을 위한 소스로 이용되는 주석 방울(Sn droplet: 221)을 컬렉터(collector: 230) 내로 주입하는 소스 공급부(220)를 포함하여 구성된다. 소스 공급부(220)는 주석 방울(221)을 일정한 주기로 컬렉터(230) 내로 주입시키고, 주석 방울(221)은 대략 30m/초 이상의 빠른 속도로 움직여 컬렉터(230) 내로 이송된다. 이때, 주석 방울(221)은 대략 10㎛ 내지 50㎛ 정도의 미세한 크기의 직경 범위를 가진다.
컬렉터(230) 내에 주입된 주석 방울(221)에 레이저 광(211)이 조사된다. 레이저 발진부(210)에 의해 발진된 이산화탄소(CO2) 레이저 광과 같은 발진 레이저 광(211)은 주석 방울(221)에 조준 조사되게 된다. 레이저 광(211)과 주석이 반응 또는 기화(burst)하여 플라즈마(plasma)가 발생된다. 이와 같이 유기된 플라즈마로부터 EUV 광(201)이 발생되고, 컬렉터(230)는 반사경으로 구비되어 EUV 광(201)을 수집 반사 및 집중시켜 노광부(100)로 보내게 된다.
웨이퍼(103)를 노광을 위해서 EUV 광(201)은 균일한 세기(intensity)를 가지게 유지되어야 한다. EUV 광(201)이 균일한 세기를 유지하기 위해서 EUV 광(201)의 발생이 연속적으로 이루어져야 하며, 이를 위해서 주석 방울(221)을 상당히 짧은 주기로 연속적으로 공급되어야 한다. 주석 방울(221)이 연속적으로 공급될 때, 이에 맞추어 레이저 광(211)의 발진이 이루어져야 EUV 광(201)의 세기가 균일하게 유지될 수 있다.
이를 위해서 동작 제어부(300)가 주석 방울(221)의 주입 움직임과 레이저 발 진부(210)의 레이저 광(211)의 발진 동작을 동조시킨다. 컬렉터(230) 내에 주입된 주석 방울(221)에 레이저 광(211)이 정확하게 조준되어 도달되도록, 동작 제어부(300)가 주석 방울(221)의 주입 움직임과 레이저 광(211)의 발진을 동조시킨다. 이에 따라, 주석 방울(221)의 주입에도 불구하고 레이저 광(211)이 조사되지 못해 EUV 광(201)의 발생이 이루어지는 못하는 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 주석 방울(221)의 주입 주기가 보다 짧아지거나 변화될 경우에도, 이러한 주입 속도 또는 주기의 변화에 동조하여 레이저 광(211)이 발진 조사되어 주입된 주석 방울(221)에 도달할 수 있다. 따라서, 연속적인 EUV 광(201)의 발생이 이루어질 수 있어, 노광부(100)에 전달되어 웨이퍼(103) 노광에 참여되는 EUV 광(201)의 세기가 균일하게 유지되게 할 수 있다.
주입되는 주석 방울(221) 움직임 또는 주입된 위치에 맞춰 레이저 광(211)의 발진 시기를 동조시키기 위해, 동작 제어부(300)는 소스 공급부(220)에서 컬렉터(230)로 주입되는 주석 방울(221)의 움직임을 감지하는 레이저(laser) 감지광(311)을 조사하는 감지광 발광부(310)를 구비한다. 감지광 발광부(310)는 주석 방울(221)의 주입 경로에 도입되어 주입되는 주석 방울(221)이 움직이며 발광 조사되는 감지광(311)을 순차적으로 차단하게 유도한다. 감지광 발광부(310)의 반대쪽에 순차적으로 차단되는 감지광(311)을 수광하는 수광 센서(photo sensor: 320)가 배치된다. 수광 센서(320)는 수광되는 감지광(311)의 음영 또는 명암 변화를 전기적 신호의 변화로 변환시키는 포토다이오드(photodiode)를 포함하여 구성된다.
도 2에 제시된 바와 같이 수광 센서(320)의 센서 영역(321)은 주석 방 울(221)의 주입에 따른 움직임에 의한 음영 또는 명암(333)을 감지한다. 이러한 명암(333)은 주석 방울(221)이 감지광(311)을 차단하는 데 기인하고, 주석 방울(221)의 움직임에 따라 명암(333)의 크기, 형태가 변화된다. 이러한 명암(333)의 크기 및 형태 변화는 포토다이오드에서 감지되는 감지광(311)의 광량 변화로 측정되며, 이러한 광량 변화는 전기적 신호의 변화로 감지된다. 따라서, 수광 센서(320)는 이러한 명암(333)의 변화에 따른 전기적 신호의 변화를 신호 분석부(signal analyzer: 330)로 전달한다.
신호 분석부(330)는 감지된 전기적 신호의 변화를 분석하여, 주석 방울(221)의 주입 움직임 속도 또는 주입 주기를 분석하여, 그 정보를 동조 제어부(synchronizer: 340)로 전달한다. 도 3에 제시된 바와 같이, 수광 센서(320)에 의해 감지되는 주석 방울(221)에 기인하는 명암(333)의 직경(d)은 주석 방울(221)의 직경으로 해석될 수 있다. 따라서, 신호 분석부(330)는 주석 방울(221)의 주입 움직임에 대한 정보를 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 주입되는 주석 방울(221)의 크기에 대한 정보를 확보할 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 제시된 바와 감지된 전기적 신호를 분석하여 주석 방울(221)의 서로 다른 주입 주기를 감지된 제1명암(421)의 변화 주기 및 제2명암(521)의 변화 주기를 통해 얻을 수 있다. 제2명암(521)의 변화 주기는 제1명암(421)의 변화 주기에 비해 매우 빠르므로, 이러한 주기 변화를 감지하여 주석 방울(221)의 속도 변화는 감지할 수 있다.
신호 분석부(330)로부터 전달된 주석 방울(221)의 움직임 및 크기 등에 대한 정보를 바탕으로, 동조 제어부(340)는 레이저 발진부(210)의 발진 동작이 주석 방 울(221)의 움직임에 맞춰지게 동조시킨다. 주석 방울(221)의 움직임이 감지광(311)에 감지된 후 일정 시간 후에 주석 방울(221)은 컬렉터(230) 내의 EUV 광(201) 발생 위치에 위치하게 된다. 주석 방울(221)이 컬렉터(230) 내에 위치할 때의 시점은, 감지된 주석 방울(221)의 움직임에 대한 정보, 예컨대, 속도 및 주입 주기, 감지 위치의 높이 등의 정보로부터 얻어진다. 따라서, 동조 제어부(340)는 주석 방울(221)이 컬렉터(230) 내의 EUV 광(201) 발생 위치에 도달할 때, 레이저 발진부(210)가 레이저 광(211)을 발진하도록 동조시킨다.
동조 제어부(340)가 주석 방울(221)의 주입 움직임에 따라 레이저 광(211)이 발진되도록 동조시킴으로써, 주입되는 주석 방울(221)에 정확하게 조준되어 레이저 광(211)이 조사될 수 있다. 따라서, 연속적으로 주입되는 주석 방울(221)에 대해 레이저 광(211)이 조사되지 못하는 불량이 억제되므로, EUV 광(201)은 연속적으로 발생되어 노광부(100)로 전달되게 된다. 따라서, EUV 광(201)의 세기가 일정한 세기로 균일하게 지속적으로 유지될 수 있다. 한편, 도 3에 제시된 바와 같이, 주석 방울(221)에 대한 명암(333)의 변화에 대한 정보가 지속적으로 얻어질 수 있으므로, 주석 방울(221)에 대한 크기 변화를 실시간으로 감지할 수 있다. 주석 방울(221)의 크기에 대한 실시간 관측이 가능하여, 주석 방울(221) 크기에 대한 균일도를 관측하여 피드백(feedback)함으로써, 주석 방울(221) 크기 균일도에 대한 제어 수준을 제고할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 EUV 광 발생 광원 장치는, 연료인 주석의 주입에 동조하여 레이저 광의 조사를 주석 주입 주기 및 속도에 실질적으로 무 관하게 구현할 있다. 따라서, EUV 광의 지속적인 발생을 유도하여 웨이퍼 노광에 사용되는 EUV 광의 세기가 보다 오랜 시간 동안 균일하게 지속되도록 할 수 있다. 따라서, EUV 리소그래피 과정의 노광 정확도 및 생산성의 증대를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 광원 장치를 설명하기 위해서 제시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 광원 장치의 소스 방울(source droplet)의 움직임을 감지하는 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 극자외선광을 수집 반사하는 컬렉터(collector);
    상기 극자외선광의 생성을 위한 소스 방울(source droplet)을 상기 컬렉터 내로 주기적으로 주입하는 소스 공급부;
    상기 주입된 소스 방울에 조사될 레이저 광을 발진하는 레이저 발진부;
    상기 컬렉터 내에 주입되게 상기 소스 방울에 상기 레이저 광이 조준되게 상기 소스 방울의 주입 움직임과 상기 레이저 광의 발진을 동조시키는 동조 제어부;
    상기 소스 공급부에서 상기 컬렉터로 주입되는 상기 소스 방울의 주입 경로에 도입되어 상기 소스 방울의 주입 움직임을 감지하는 감지광을 조사하는 발광부;
    상기 감지광을 수광하여 상기 감지광이 상기 주입되는 소스 방울에 의해 차단되어 발생되는 명암 변화를 감지하는 수광 센서; 및
    상기 감지된 명암 변화로부터 상기 소스 방울의 크기 및 주입 속도에 대한 정보를 분석하여 상기 동조 제어부에 전달하는 신호 분석부를 더 포함하는 극자외선 광원 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항에 있어서,
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