KR101344151B1 - 회절 소멸을 응용한 ｉｒ 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 ｅｕｖ 광 발생장치 - Google Patents

회절 소멸을 응용한 ｉｒ 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 ｅｕｖ 광 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치에 관한 것으로, 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror), 상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀에서 출력되는 극자외선 광의 진행방향에 구비되어 상기 가스셀에서 생성된 극자외선 광에 포함된 적외선 펨토초 레이저빔을 상쇄시키기 위한 중앙으로 EUV 광이 투과할 수 있는 홀이 구비된 회절 소멸을 응용한 회절광학계 및 회절 광학계의 초점거리에 위치하는 핀홀 및 상기 TLM, FM, 가스셀, 핀홀을 진공상태로 수용하는 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

회절 소멸을 응용한 ＩＲ 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 ＥＵＶ 광 발생장치{Applying the IR laser beam diffraction extinction with offset function EUV light generating device}
본 발명은 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 출력되는 광의 가간섭성을 통해 불필요한 적외선 광을 세기를 감쇄시킬 수 있는 EUV 광 발생장치에 관한 것이다.
단파장의 광원은 회절 한계를 극복하고 나노 스케일의 구조를 직접 관찰할 수 있도록 하는 현미경 기술이나 단파장 광원을 이용하여 나노 스케일의 미세공정을 산업계에서는 실현하게 되었다.
이러한 단파장의 광원은 약 13.5 nm 혹은 근방의 파장을 가지는 빛으로 소프트 엑스선과 자외선 사이의 Extreme Ultra Violet(EUV) 영역에 속하는 것으로 분류된다. 구체적으로 광 파장이 200㎚ ~ 10㎚에 이르는 진공 자외선 영역에서 장파장 측의 반에 해당하는 200㎚ ~ 100㎚ 영역을 VUV 광, 단파장 측의 반에 해당하는 100㎚ ~ 10㎚ 영역을 EUV 광이라고 일반적으로 구분한다. 이 파장의 광원을 생성하기 위해서는 입자 가속기의 방사광을 이용하거나 전자빔과 플라즈마를 이용하거나 혹은 레이저와 기체 플라즈마를 이용하는 방법이 이용되어 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기체 플라즈마를 이용한 EUV 발생장치를 개략적으로 도시하고 있다. 레이저 소스(10), 기체 플라즈마 반응을 통해 EUV 광을 발생시키는 가스셀, 진공챔버(30, 40), 진공펌프(50,60), 그리고 레이저 소스에서 출력되는 광을 전달시키는 다수의 광학계(71, 72, 73, 74, 75)를 포함하여 구성된다. 도 1에 도시된 EUV 발생장치는 본 출원인이 출원한 EUV 발생장치로써, 광학계 및 다수의 구성들은 일부 변경될 수 있다.
레이저의 성능이 발전함에 따라 고출력의 적외선 영역의 펨토초 레이저를 활용하여 세기 밀도를 수십 GW/cm2이상 수십 TW/cm2까지 가능해 졌고, 레이저와 기체 플라즈마의 고차 조화 생성 현상을 이용한 EUV 영역의 빔 생성 방법들이 많은 발전을 거듭하고 있다.
상기 레이저와 기체 플라즈마의 고차 조화 생성 현상을 이용한 EUV 영역의 빔 생성 방법에 있어서, 펌프가 되는 적외선 펨토초 레이저의 진행 방향과 EUV 영역의 빔의 진행 방향이 일치되는 것이 일반적이다. 상기 두 빔의 진행 방향이 일치되기 때문에 매우 강력한 적외선 펨토초 레이저 빔이 EUV 영역의 빔을 위한 EUV 광학계(고차조화 생성부 이후)에 영향을 미치거나 심각한 문제를 초래할 가능성이 존재한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 EUV 빔을 효과적으로 선택하고 적외선 펨토초 레이저 빔을 억제하는 장치 혹은 기술이 절실히 필요하다. 회절격자를 이용하여 특정 스펙트럼으로 분해하여 사용하는 것이 일반적이나, EUV 빔의 파장 대역에서 회절격자의 효율이 낮을 뿐만 아니라, 이 또한 광학적, 열적 손상의 발생 가능성이 있다.
따라서, 상기 문제점들을 보완하기 위한 장치는 높은 (적외선 광원 제거 및 EUV 선택) 효율을 가지면서도, 어떠한 광학적, 열적 손실에 뛰어난 내구성을 가질 수 있는 IR 빔 제거 기술이 절실히 필요한 실적이다.
KR 10-2003-0090745
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기체 플라즈마의 고차 조화 생성 현상을 이용한 EUV 영역의 빔 생성 장치에 있어서, 매우 강한 적외선 펨토초 레이저 빔과 상기 장치에 의해 발생된 EUV 빔이 동일한 경로를 가지고 출력 될 때, EUV 빔을 효과적으로 추출하기 위한 적외선 펨토초 레이저 빔의 제거 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 튜너블 레이저 미러(TLM ; tunable Laser Mirror), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 포커싱 미러(FM ; Focusing Mirror), 상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀에서 출력되는 극자외선 광의 진행방향에 구비되어 극자외선 광에 포함된 적외선 영역의 빔을 가간섭을 일으켜 세기를 감쇄시키는 회절광학계, 상기 회절광학계를 투과한 광에서 중심광인 극자외선 광만을 투과시키기 위한 핀홀 및 상기 튜너블 레이저 미러(TLM), 포커싱 미러(FM), 가스셀, 회절광학계, 핀홀을 진공상태로 수용하는 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회절광학계는, 중앙으로 EUV 광이 투과할 수 있는 홀이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 핀홀은, 상기 회절광학계의 초점 거리 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 기체 플라즈마 반응을 통해 EUV 광을 생성하는 과정에서 작용하는 강력한 적외선 펨토초 레이저를 회절광학계를 통해 상쇄시킨 후 핀홀을 투과해 2차적으로 감쇄시킴으로써, 광학계의 손상을 방지하고 높은 효율을 가지는 EUV광을 생성시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, EUV 광을 발생시키기 위한 조건에서 구조가 매우 간소하여 제조가 용이하고 원가 절감을 실현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 기체 플라즈마를 이용한 EUV 발생장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 회절 응용을 통해 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 IR 레이저 빔의 제거를 위한 회절광학계와 핀홀을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 회절 현상에서 적외선 영역의 감쇄 현상을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치는, 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 튜너블 레이저 미러(TLM ; Tunable Laser Mirror), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror), 상기 포커싱 미러(FM)에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀에서 출력되는 극자외선 광의 진행방향에 구비되어 극자외선 광에 포함된 적외선 영역의 빔을 가간섭을 일으켜 세기를 감쇄시키는 회절광학계, 상기 회절광학계를 투과한 광에서 중심광인 극자외선 광만을 투과시키기 위한 핀홀 및 상기 튜너블 레이저 ㅁ미러(TLM), 포커싱 미러(FM), 가스셀, 회절광학계, 핀홀을 진공상태로 수용하는 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 회절 소멸을 이용한 IR 레이저 빔 제거장치는, 기체 플라즈마 반응을 통해 극자외선 광을 생성하는 가스셀에서 출력되는 극자외선 광에서 강력한 세기의 적외선 파장대 빔을 회절광학 소자를 이용하여 가간섭성으로 인해 감쇄시켜 EUV 광을 효율성을 높이고, 광학계의 안정성을 확보하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
물리적으로 적외선 펨토초 레이저 빔과 고차 조화 생성에 의해 발생된 EUV 빔의 발산 각도가 다르며 적외선 펨토초 레이저 빔의 발산 각도가 EUV 빔의 발산 각도보다 수에서 수십 배 가량 크며 이는 적외선 펨토초 레이저를 집속하는 렌즈 혹은 집속을 위한 오목거울 등의 시스템에 의존한다.
상기 원인에 의하여 고차 조화 생성을 위한 반응 영역으로부터 특정 거리가 떨어진 곳에서의 EUV 빔의 유효한 단면적에서의 적외선 펨토초 레이저 빔의 세기가 충분히 작아지게 된다.
상기의 경우에 높은 세기에 견딜 수 있는 특정 크기와 모양의 핀홀 혹은 특수한 광학계를 이용하여 적외선 펨토초 레이저 빔을 제거하거나 또는 EUV 빔의 유효한 단면적에서의 적외선 펨토초 레이저 빔의 세기를 충분히 감쇄 시킬 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명에서 구성되는 EUV 생성장치는, 기체 플라즈마 반응을 통해 EUV 광을 생성하는 것으로써, 레이저 빔을 출력하는 레이저 소스(100), 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror ; 220), 반사된 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror ; 230), 플라즈마 반응을 통해 극자외선 광을 생성하는 가스셀(240) 및 상기 튜너블 레이저 미러(TLM), 포커싱 미러(FM), 가스셀을 수용하는 진공챔버로 구성된다.
레이저 소스(100)는 임의의 파장을 가지는 레이저를 출력하는 소스원으로써, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 플라즈마 유도를 통해 20nm 이하의 파장을 가지는 극자외선을 생성하게 된다. 본 발명에서는 일예로 펨토초(femto sencond)급 레이저 소스를 사용하여 세부 사양으로는 매질로 티타늄 사파이어 증폭 레이저 시스템으로써, 그 특성은 IR 펨토초 pulse 레이저의 펄스폭(pulse width)은 15fs ~ 60fs, IR wave 800nm ~ 1600nm 조건을 갖는 것이 바람직하다.
튜너블 레이저 미러(TLM)은 진공챔버 외측에 위치한 레이저 소스로부터 출력되는 레이저 빔을 반사하여주는 미러로써, 레이저 소스에서 출력되는 입사 경로에 배치되어 입사받은 레이저 빔을 후술할 포커싱 미러(230)로 반사시킨다. 이때, TLM은 포커싱 미러로 반사되는 각이 대략 2°의 입사각을 갖도록 반사되는데 즉, 포커싱 미러에서 입사되는 입사각이 대략 2°를 가지도록 반사시킨다.
포커싱 미러(FM ; 230)은 극자외선 광 발생을 위해 입사받은 광을 포커싱하여 반사한다. 레이저 소스에서 출력된 레이저 빔은 튜너블 레이저 미러(TLM) 미러를 통해 반사되어 포커싱 미러로 반사시키며, 상기 포커싱 미러(FM)는 입사된 레이저 빔을 포커싱하여 플라즈마 유도를 통해 EUV 광을 생성하는 가스셀로 포커싱한다.
상기 가스셀은 투명재료로 구비되며, 바람직하게는 석영으로 이루어지는 것으로 레이저가 통과할 수 있는 관통로가 형성되며, 그 중앙으로는 레이저 소스에서 출력되는 레이저가 집광되는 초점 영역인 플라즈마 유도로가 구비되고, 상기 플라즈마 유도로 양측으로는 배기로가 형성되며, 상기 플라즈마 유도로에 가스 공급을 위한 가스 공급로가 플라즈마 유도로와 연결되어 있다.
가스셀(240)은 투명 재질로 형성되며, 양쪽으로 광유도로가 형성되고, 광 유도로를 연결하기 위해 중앙에 플라즈마 유도로가 형성된다. 상기 포커싱 미러에서 반사되는 광은 상기 플라즈마 유도로의 센터 부분에 집광되도록 포커싱되며, 플라즈마 유도로에 공급되는 반응가스와 반응하여 EUV 광을 생성한다. 여기까지는 기체 플라즈마를 이용하여 EUV 광을 생성하는 장치 구성에 대하여 설명했다.
이와 같이 구성되는 EUV 광 발생장치에 있어 상기 가스셀에서 출력되는 EUV 광에는 적외선 영역 펨토초 레이저 빔이 포함되어 있다. 앞서도 설명한 바와 같이 강한 적외선 펨토초 레이저 빔은 광학계 및 EUV 광의 효율을 떨어뜨린다.
따라서, 본 발명에서는 가스셀에서 출력되는 EUV 광과 적외선 광이 혼재된 광에서 적외선 광을 상쇄시켜 EUV 광의 효율을 향상시키고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 IR 레이저 빔의 제거를 위한 회절광학계와 핀홀을 도시한 도면이다.
회절광학계(250)는 출력되는 EUV광에서 적외선 파장대의 빔을 가간섭을 일으켜 적외선 광의 세기를 감쇄시킨다. 상기 회절광학계는 중심부 근처를 통과하는 적외선 펨토초 레이저 빔이 확산되도록 하여 중심부에 진행하고 있는 적외선 펨토초 레이저 빔과 가간섭 현상에 의한 소멸이 발생하도록 제작한다. 또한, 중앙부의 EUV 빔의 유효 단면적 내의 적외선 펨토초 레이저 빔이 소멸되는 효과를 나타낸다.
이 때, EUV 빔의 유효 단면적 내의 적외선 펨토초 레이저 빔의 소멸은 상기 회절광학계(250)의 초점거리에서만 나타나게 되며, 이를 지속하기 위해서 회절광학계 후단으로 핀홀(260)을 더 위치시킨다. 본 발명에서는 가스셀에서 출력되는 빔 방향에 내주면이 에지(Edge) 형상을 갖는 홀이 구비된 핀홀(260)을 위치시켜 적외선영역을 감쇄시키도록 구성한다. 여기서, 상기 홀의 바람직한 형태를 규칙적인 에지를 갖는 별(star) 모양을 갖는 홀로 구성하여 적외선 영역의 빔을 상쇄시키도록 한다. 또한, 홀의 형상을 불규칙적으로 배열된 에지를 갖는 홀을 갖도록 구성하여 EUV 광의 주변광에 해당하는 적외선 영역을 광을 상쇄시키도록 구성한다.
도 4는 본 발명에 따른 회절 현상에서 적외선 영역의 감쇄 현상을 도시한 도면이다. 중앙으로 홀이 형성된 회절광학계에 의해 중심부에 해당하는 대부분의 EUV 광은 투과한다. 그리고 주변광에 대부분 해당하는 적외선 파장대의 빔은 회절광학계를 투과하면서 가간섭을 일으켜 광의 세기가 현저히 상쇄된다. 이후 선단에 위치하는 핀홀을 통해 회절격자에서 감쇄된 적외선 빔을 차단하고 중심부의 EUV 광만 투과시킴으로써 적외선 파장 영역대 빔을 최소화시킬 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 레이저 소스 200 : 제 1진공챔버
210 : 제 2진공챔버 220 : 튜너블 레이저 미러(TLM)
230 : 포커싱 미러(FM) 240 : 가스셀
250 : 회절광학계 260 : 핀홀
300 : 제 1진공펌프 310 : 제 2진공펌프

Claims (5)

  1. 레이저를 출력하는 레이저 소스;
    상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 튜너블 레이저 미러(TLM ; Tunable Laser Mirror);
    상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 포커싱 미러(FM ; Focusing Mirror);
    상기 포커싱 미러(FM)에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하는 것으로, 양쪽으로 광유도로가 형성되고, 광 유도로를 연결하기 위해 중앙에 플라즈마 유도로가 형성되며, 포커싱 미러에서 반사되는 광은 상기 플라즈마 유도로의 센터 부분에 집광되도록 포커싱되며, 플라즈마 유도로에 공급되는 반응가스와 반응하여 EUV 광을 생성시키는 가스셀;
    상기 가스셀에서 출력되는 극자외선 광의 진행방향에 구비되어 극자외선 광에 포함된 적외선 영역의 빔을 가간섭을 일으켜 세기(intensity)를 감쇄시키는 회절광학계;
    상기 회절광학계를 투과한 광에서 중심광인 극자외선 광만을 투과시키기 위한 핀홀; 및
    상기 튜너블 레이저 미러(TLM), 포커싱 미러(FM), 가스셀, 회절광학계, 핀홀을 진공상태로 수용하는 진공챔버;를 포함하며,
    상기 회절광학계는 중앙으로 EUV 광이 투과할 수 있는 홀이 구비되고,
    상기 핀홀은 상기 회절광학계의 초점 거리 내에 위치하는 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 핀홀은,
    홀 내주면이 무작위 형태의 에지(Edge)를 가지도록 구성되는 회절 소멸을 응용한 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 핀홀은,
    홀이 별 모양으로 형성되는 IR 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 EUV 광 발생장치.
KR1020120038653A 2012-04-13 2012-04-13 회절 소멸을 응용한 ｉｒ 레이저 빔 상쇄 기능을 가지는 ｅｕｖ 광 발생장치 KR101344151B1 (ko)

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