KR101104996B1

KR101104996B1 - 다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법

Info

Publication number: KR101104996B1
Application number: KR1020090081106A
Authority: KR
Inventors: 임창환
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20110023321A

Abstract

다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법이 개시된다. 다공성 금속 타겟의 제조 방법은 다공성 고분자 구조체를 준비하는 단계; 상기 다공성 고분자 구조체에 금속을 코팅하는 단계; 및 상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 존재하는 고분자 성분을 제거하는 단계를 포함한다.

다공성, 금속 타겟, 극자외선, 레이저 펄스, 플라즈마

Description

다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법 {POROUS METAL TARGET, METHOD OF MANUFACTURING POROUS METAL TARGET AND METHOD OF GENERATING EXTREME ULTRAVIOLET USING THE SAME}

본 발명은 다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법에 관한 것이다.

극자외선(EUV: Extreme Ultraviolet) 빔은 파장이 매우 짧은 빛으로 리소그라피(lithography)와 같은 공정에 이용되고 있다. 현재, 리소그라피 공정에는 192 nm의 극자외선이 사용되고 있는데, 사용되는 빛의 파장이 짧을수록 초미세 공정에 유리하기 때문에, 보다 단파장의 극자외선을 발생시키고자 하는 것이 추세이다.

극자외선 발생 방식에는 방전 방식과 레이저 방식이 있다. 그 중에서, 레이저 방식은 레이저 펄스를 에너지원으로 사용하여 타겟 금속을 진공 챔버에서 플라즈마 상태로 만들고, 그 플라즈마 상태의 금속을 다시 고에너지로 여기시켜 극자외선을 방전시키는 방식이다.

상기와 같은 극자외선 방전은 레이저가 조사된 타겟 금속의 비산 현상으로 인하여 진공 챔버의 윈도우가 심하게 오염되며, 아울러 쓰레기 밀도도 매우 높아지 는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해, 타겟 금속의 크기를 플라즈마 발생에 충분한 정도이면서 비산 오염을 최소화 할 수 있는 정도로 최적화시켜야 하나 현실적으로 그 최적량을 산출하기 어렵다.

또한, 종래에 극자외선을 방전시키기 위해 레이저를 사용하는 경우, 주로 YAG 레이저를 Q-스위칭하여 얻어진 피크를 지닌 펄스를 진공 챔버 내의 타겟 금속에 조사하여 플라즈마 상태로 만든 다음, 상기 플라즈마에 다시 별도의 Q-스위칭으로 얻어진 다른 레이저 펄스를 조사하여 극자외선을 방전시킨다.

그러나, 상기와 같은 극자외선 방전 공정은 별도로 생성된 두 개의 레이저 펄스를 필요로 한다는 점에서 그만큼 필요로 하는 장비가 많아지고, 아울러 공정 수행에 있어서도 두 개의 레이저를 중간에 교체해서 사용해야 하므로 그만큼 번거롭다는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예는 극자외선을 생성시키기 위한 플라즈마의 생성 수율이 우수하면서도 플라즈마 생성을 위한 진공 챔버의 오염을 크게 줄일 수 있는 다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 극자외선 수득율을 향상시킬 수 있는 다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 극자외선 생성에 필요한 장비 및 공정을 간소화할 수 있는 극자외선 생성 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟의 제조 방법은 다공성 고분자 구조체를 준비하는 단계; 상기 다공성 고분자 구조체에 금속을 코팅하는 단계; 및 상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 존재하는 고분자 성분을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟은 표면에 공극이 형성되어 있고 내부가 비어있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 생성 방법은 레이저 펄스 발생 장치를 이용하여 제1 및 제2 레이저 펄스를 순차적으로 생성하는 단계; 상기 제1 레이저 펄스를 다공성 금속 타겟에 조사하여 상기 다공성 금속 타겟을 구성하는 금속을 이온화시킴으로써 금속 이온 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 제2 레이저 펄스를 상기 금속 이온 플라즈마에 조사하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다공성 금속 타겟을 사용하여 플라즈마를 생성하므로 일반적인 금속 타겟을 사용할 때에 비해 레이저 조사시 플라즈마의 생성 수율이 우수하면서도 금속 물질의 비산에 의한 진공 챔버 오염도를 크게 낮출 수 있으며, 아울러 극자외선 수득율을 향상시킬 수 있다. 또한, 극자외선 생성을 위한 레이저 펄스를 하나의 장비에서 순차적으로 생성할 수 있으므로 극자외선 생성에 필요한 장비 및 공정을 간소화할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟, 그 제조 방법 및 그를 이용한 극자외선 생성 방법에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 금속 타겟은 본래 갖는 금속 원자의 결정 밀도가 정하여져 있으므로, 금속 물질의 양이 아닌 금속 밀도를 조절하기는 불가능하다. 그러나, 밀도를 저감된 다공성 고분자 구조체를 이용하여 다공성 금속 타 겟(100)을 제조하면, 상기 금속 타겟(100)의 밀도를 감소시킬 수 있다.

상기 다공성 금속 타겟(100)은 다공성 고분자 구조체를 준비하는 단계; 상기 다공성 고분자 구조체에 금속을 코팅하는 단계; 및 상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 존재하는 고분자 성분을 제거하는 단계를 거쳐 제조된다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟의 제조 방법을 각 단계별로 상세히 설명하도록 한다.

상기 다공성 금속 타겟(100)을 제조하기 위해, 먼저, 다공성 고분자 구조체를 준비한다. 상기 다공성 고분자 구조체의 형상은, 예를 들어, 구상일 수 있으며, 아울러 그 재료로는, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.

상기 다공성 고분자 구조체가 준비되면, 상기 다공성 고분자 구조체에 금속을 코팅한다. 상기 금속으로는, 예를 들어, 주석이나 리튬을 사용할 수 있으나, 공정 효율면에서 주석을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 고분자 구조체에 상기 금속을 코팅하는 방법으로는 특별히 제한이 없으나, 예를 들어, 진공 챔버 내에서 증착법으로 코팅하거나 또는 보다 간편하게 액침법으로 코팅할 수 있다.

상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체가 준비되면, 상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 존재하는 고분자 성분을 제거하며, 이러한 고분자 성분의 제거에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 타겟(100)의 제조 공정이 완료된다. 상기 고분자 성분의 제거 방법으로는, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체를 가열하는 방법 또는 용매에 녹이는 방법이 있을 수 있다. 상기 가열시 온도 범위는 상기 다공성 고분자 구조체의 재료 및 상기 금속 성분에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 상기 다공성 고분자 구조체의 재료의 비등점 이상 내지 상기 금속 성분의 비등점 미만인 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 다공성 고분자 구조체의 재료로서 폴리에틸렌을 사용하고 상기 금속으로서 주석을 사용하는 경우, 상기 주석이 코팅된 다공성 폴리에틸렌 구조체를 약 400℃에서 가열하면, 폴리에틸렌 성분은 모두 증발되고 주석만으로 이루어진 다공성 주석 타겟을 제조할 수 있다.

전술한 바에 따라 제조되는 상기 다공성 금속 타겟(100)은 표면에 다공이 형성되어 있으며, 내부는 비어 있는 구조를 갖는다. 또한, 상기 다공성 금속 타겟(100)은 대략 구형의 형상을 가질 수 있다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에서는 다공성 고분자 구조체를 도입하여 다공성 금속 타겟(100)을 제조할 수 있으므로, 다공성 금속 타겟(100)의 밀도를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 레이저 조사시 금속 비산량이 상대적으로 적어 진공 챔버를 오염시키는 쓰레기 물질을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상기 다공성 금속 타겟(100)은 플라즈마 발생을 위해 조사되는 레이저 펄스의 크기에 대해 충분히 큰 크기를 가질 수 있으므로, 레이저 조사시 플라즈마 발생량이 충분할 수 있으며, 그에 따라 극자외선 수득율이 향상될 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선을 생성하기 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 극자외선을 생성하기 위해 레이저 펄스 발생 장치를 사용한다. 상기 레이저 펄스 발생 장치는 레이저 발진기(200) 및 광변조기(Electro-Optic Modulator: 210)를 포함한다. 또한, 상기 레이저 펄스 발생 장치는 전치증폭기(Preamplifier: 220) 및 주증폭기(230)를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 발진기(200)는 연속적으로 레이저를 발생시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 연속 발진 광섬유 발진기일 수 있다.

상기 광변조기(210)는 상기 광변조기(210)에 인가되는 전압을 조절하여 상기 레이저 발진기(200)로부터 발생된 레이저를 복수의 순차적인 레이저 펄스 파형으로 변조시킬 수 있다.

상기 전치증폭기(220)는 상기 광변조기(210)에서 변조된 레이저 펄스가 소정의 진폭을 갖도록 상기 레이저 펄스를 대략적으로 증폭시킬 수 있다.

상기 주증폭기(230)는 상기 전치증폭기(220)에서 증폭된 레이저 펄스가 원하는 피크값을 갖도록 상기 전치증폭기(220)에서 증폭된 레이저 펄스를 다시 한번 정확한 피크값으로 증폭시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 생성 방법은 전술한 레이저 펄스 발생 장치를 이용하여 제1 및 제2 레이저 펄스를 순차적으로 생성하는 단계; 상기 제1 레이저 펄스를 다공성 금속 타겟(270)에 조사하여 상기 다공성 금속 타겟(270)을 구성하는 금속을 이온화시킴으로써 금속 이온 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 제2 레이저 펄스를 상기 금속 이온 플라즈마에 조사하여 플라즈마 상태의 금속 이온들을 여기시킴으로써 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이하에서는, 각 단계별로 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 극자외선을 생성하기 위해, 먼저, 상기 레이저 발진기(200)에서 연속적으로 레이저를 발생시킨 다음, 광변조기(210)를 이용하여 상기 레이저를 복수의 순차적인 레이저 펄스, 예를 들어, 제1 및 제2 레이저 펄스로 변조시킨다. 이때, 상기 광변조기(210)에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제1 및 제2 레이저 펄스의 펄스 폭과 상기 제1 및 제2 레이저 펄스의 피크 사이의 시간 간격을 조절할 수 있다.

이어, 상기 제1 및 제2 레이저 펄스를 전치증폭기(220)를 통과시켜 대략적으로 증폭시키고, 다시 주증폭기(230)를 통과시켜 정확한 피크값으로 증폭시켜, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 레이저 펄스(300)의 피크가 제2 레이저 펄스(310)의 피크에 비해 진폭은 더 크고 반치폭(FWHM)은 더 작도록 설정할 수 있다. 이는 고체 상태인 다공성 금속 타겟(270)을 이온 상태인 금속 플라즈마 상태로 만들기 위해 매우 큰 첨두 출력의 레이저빔을 조사해야 하기 때문이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스 발생 장치를 통해 생성된 제1 및 제2 레이저 펄스를 개략적으로 도시한 도면이다.

이어, 상기 레이저 펄스를 빔 조사기(240) 및 집속 렌즈(250)를 통해 진공 챔버(260) 내의 다공성 금속 타겟(270) 상에 조사하면, 먼저 150 내지 300 mJ의 에너지를 갖는 제1 레이저 펄스(300)가 3 내지 7 nsec 동안 상기 다공성 금속 타겟(270)에 조사되어 상기 다공성 금속 타겟(270)을 구성하는 금속이 이온화됨으로써 금속 이온 플라즈마가 생성된다. 이때, 상기 금속 이온 플라즈마 생성 이후 금속 이온들은 전기적인 반발력 등으로 팽창하며, 다소 팽창된 상태에서 0.5 내지 1.5 J의 에너지를 갖는 제2 레이저 펄스(310)가 3 내지 7 nsec 동안 상기 금속 이온 플라즈마 상에 조사되어 원하는 극자외선이 복사된다. 이처럼, 적절히 팽창된 금속 플라즈마 상태가 극자외선을 얻기 위한 최적의 상태일 수 있으며, 이러한 최적의 상태는 다공성 금속 타겟(270)의 종류, 양, 또는 밀도 등의 상태에 따라 다르나 대략 금속 이온 플라즈마 생성 직후로부터 수 nsec 내지 수십 nsec가 지났을 때가 될 수 있다. 즉, 상기 제2 레이저 펄스(310)는 제1 레이저 펄스(300)가 조사된 후에 10 내지 20 nsec가 지났을 때 조사될 수 있다. 한편, 상기 복사된 극자외선은 집광 미러(280)에 의해 집속되어 초미세 노광 공정의 광원으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 금속 타겟을 사용하고 별개의 레이저 발진 과정을 이용하여 극자외선을 생성하는 경우에 비해 2배 이상의 극자외선 수득율을 확보할 수 있다. 또한, 극자외선 생성을 위한 레이저를 하나의 레이저 발진기(200)에서 연속적으로 생성하고, 아울러 하나의 광변조기(210)에서 순차적으로 제1 및 제2 레이저 펄스를 생성하므로, 극자외선 생성에 사용되는 장비 및 공정을 간소화할 수 있다. 또한, 다공성 금속 타겟(270)을 사용하여 플라즈마를 생성하므 로 일반적인 금속 타겟을 사용할 때에 비해 레이저 조사시 플라즈마의 생성 수율이 우수하면서도 금속 물질의 비산에 의한 진공 챔버(260) 오염도를 크게 낮출 수 있다.

이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선을 생성하기 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스 발생 장치를 통해 생성된 제1 및 제2 레이저 펄스를 개략적으로 도시한 도면이다.

{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}

100, 270: 다공성 금속 타겟 200: 레이저 발진기

210: 광변조기 220: 전치증폭기

230: 주증폭기 240: 빔 조사기

250: 집속 렌즈 260: 진공 챔버

280: 집광 미러 300: 제1 레이저 펄스

310: 제2 레이저 펄스

Claims

다공성 고분자 구조체를 준비하는 단계;

상기 다공성 고분자 구조체에 금속을 코팅하는 단계; 및

상기 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 존재하는 고분자 성분을 제거하여 비어있는 내부와 상기 다공성 고분자 구조체에 의해 공극이 형성된 표면을 갖는 다공성 금속 타겟을 제조하는 단계

를 포함하는 극자외선 발생용 다공성 금속 타겟의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 다공성 고분자 구조체가 폴리에틸렌으로 이루어진 극자외선 발생용 다공성 금속 타겟의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 금속이 주석인 극자외선 발생용 다공성 금속 타겟의 제조 방법.
극자외선 발생용 다공성 금속 타겟에 있어서.

어느 하나의 금속이 코팅된 다공성 고분자 구조체에 포함된 고분자 성분이 제거됨에 따라 비어있는 내부; 및

상기 다공성 고분자 구조체에 의해 공극이 형성된 표면

을 포함하고,

상기 다공성 금속 타겟은 주석 및 리튬 중 어느 하나의 금속인 극자외선 발생용 다공성 금속 타겟.
레이저 펄스 발생 장치를 이용하여 제1 및 제2 레이저 펄스를 순차적으로 생성하는 단계;

비어있는 내부 및 공극이 형성된 표면을 갖는 다공성 금속 타겟에 상기 제1 레이저 펄스를 조사하여 상기 다공성 금속 타겟을 구성하는 금속을 이온화시킴으로써 금속 이온 플라즈마를 생성하는 단계; 및

상기 제2 레이저 펄스를 상기 금속 이온 플라즈마에 조사하는 단계

를 포함하는 극자외선 생성 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 및 제2 레이저 펄스는 각각 3 내지 7 nsec 동안 조사되는 것을 특징으로 하는 극자외선 생성 방법.
제5항에 있어서,

상기 제2 레이저 펄스는 상기 제1 레이저 펄스 조사 후 10 내지 20 nsec 후에 조사되는 것을 특징으로 하는 극자외선 생성 방법.
제5항에 있어서,

상기 레이저 펄스 발생 장치는,

레이저를 연속적으로 발생시키기 위한 레이저 발진기; 및

상기 레이저 발진기로부터 발생된 레이저를 복수의 순차적인 레이저 펄스 형태로 변조시키기 위한 광변조기

를 포함하며,

상기 제1 및 제2 레이저 펄스를 순차적으로 생성하는 단계는,

상기 광변조기에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제1 및 제2 레이저 펄스의 펄스 폭과 상기 제1 및 제2 레이저 펄스의 피크 사이의 시간 간격을 조절하는 단계

를 포함하는 극자외선 생성 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1 레이저 펄스의 진폭이 상기 제2 레이저 펄스의 진폭보다 크고, 상기 제1 레이저 펄스의 반치폭이 상기 제2 레이저 펄스의 반치폭보다 작은 극자외선 생성 방법.