KR101370615B1

KR101370615B1 - 플라즈마 광원 시스템

Info

Publication number: KR101370615B1
Application number: KR1020127004072A
Authority: KR
Inventors: 하지메 쿠와바라
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2014-03-06
Also published as: WO2011027699A1; TW201130387A; EP2474997A1; TWI423734B; CN102484045B; JP2012212942A; KR20120034124A; EP2474997A4; US20120161631A1; CN102484045A; JPWO2011027699A1

Abstract

소정의 발광점(1a)에서 플라즈마광(8)을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원(10)과, 플라즈마 광원의 복수의 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점(9)에 집광하는 집광 장치(40)를 구비한다.

Description

플라즈마 광원 시스템{PLASMA LIGHT SOURCE SYSTEM}

본 발명은 EUV(Extreme Ultra Violet) 방사를 위한 플라즈마 광원 시스템에 관한 것이다.

차세대 반도체의 미세 가공을 위해 극자외선 광원을 이용하는 리소그래피(lithography)가 기대되고 있다. 리소그래피란 회로 패턴이 그려진 마스크를 통해 빛이나 빔을 실리콘 기판상에 축소 투영하고, 레지스트 재료를 감광시킴으로써 전자 회로를 형성하는 기술이다. 광리소그래피(optical lithography)로 형성되는 회로의 최소 가공 치수는 기본적으로는 광원의 파장에 의존하고 있다. 따라서, 차세대 반도체 개발에는 광원의 단파장화가 필수적이며, 이 광원 개발을 향한 연구가 진행되고 있다.

차세대 리소그래피 광원으로서 가장 유력시되고 있는 것이 극자외선(EUV: Extreme Ultra Violet) 광원이며, 대략 1 내지 100㎚의 파장 영역의 빛을 의미한다. 이 영역의 빛은 모든 물질에 대해 흡수율이 높아서 렌즈 등의 투과형 광학계를 이용할 수 없기 때문에, 반사형 광학계를 이용하게 된다. 또한, 극자외선 영역의 광학계는 개발이 매우 곤란하며, 한정된 파장에서만 반사 특성을 나타낸다.

현재 13.5㎚에 감도를 갖는 Mo/Si 다층막 반사경이 개발되어 있으며, 이 파장의 빛과 반사경을 조합한 리소그래피 기술이 개발되면, 30㎚ 이하의 가공 치수를 실현할 수 있을 것으로 예측되고 있다. 더 나은 미세 가공 기술을 실현하기 위해서는 파장 13.5㎚의 리소그래피 광원의 개발이 급선무이며, 높은 에너지 밀도 플라즈마로부터의 복사광이 주목받고 있다.

광원 플라즈마 생성은 레이저 조사 방식(LPP: Laser Produced Plasma)과 펄스 파워 기술에 의해 구동되는 가스 방전 방식(DPP: Discharge Produced Plasma)으로 크게 나눌 수 있다. DPP는 투입한 전력이 직접 플라즈마 에너지로 변환되므로 LPP에 비해 변환 효율에서 우위일 뿐만 아니라, 장치가 소형이고 저비용이라는 이점이 있다.

가스 방전 방식에 의한 고온 고밀도 플라즈마로부터의 방사 스펙트럼은, 기본적으로는 타겟 물질의 온도와 밀도에 의해 정해지며, 플라즈마의 원자 과정을 계산한 결과에 따르면, EUV 방사 영역의 플라즈마로 하기 위해서는 Xe, Sn의 경우에 전자 온도, 전자 밀도가 각각 수십 eV, 10¹⁸ ㎝^-3 정도, Li의 경우에 20 eV, 10¹⁸ ㎝^-3 정도가 최적으로 여겨지고 있다.

한편, 전술한 플라즈마 광원은 비특허 문헌 1, 2 및 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 2004-226244호 공보, '극자외선 광원 및 반도체 노광 장치'

비특허 문헌 1: 사토 히로토 외, '리소그래피용 방전 플라즈마 EUV 광원', OQD-08-28 비특허 문헌 2: Jeroen Jonkers, "High power extreme ultra-violet(EUV) light sources for future lithography", Plasma Sources Science and Technology, 15(2006) S8-S16

EUV 리소그래피 광원에는 높은 평균 출력, 미소한 광원 사이즈, 비산 입자(잔사(debris))가 적을 것 등이 요구된다. 현재로서는 EUV 발광량이 요구 출력에 대해 극히 낮아 고출력화가 큰 과제의 하나이지만, 한편으로 고출력화를 위해 입력 에너지를 크게 하면 열 부하에 의한 데미지가 플라즈마 생성 장치나 광학계의 수명 저하를 초래한다. 따라서, 높은 EUV 출력과 낮은 열 부하를 모두 만족하기 위해서는 높은 에너지 변환 효율이 필요 불가결하다.

플라즈마 형성 초기에는 가열이나 전리(電離)에 많은 에너지를 소비하는데다가, EUV를 방사하는 고온 고밀도 상태의 플라즈마는 일반적으로 급속히 팽창되기 때문에 방사 지속 시간 τ가 극단적으로 짧다. 따라서, 변환 효율을 개선하기 위해서는, EUV 방사를 위해 플라즈마를 적합한 고온 고밀도 상태로 장시간(μsec 단위로) 유지하는 것이 중요하게 된다.

현재의 일반적인 EUV 플라즈마 광원의 방사 시간은 100 nsec 정도이며 출력이 극단적으로 부족하다. 산업 응용을 위해 높은 변환 효율과 높은 평균 출력을 양립시키기 위해서는 1샷(shot)에 수μsec의 EUV 방사 시간을 달성할 필요가 있다. 즉, 높은 변환 효율을 갖는 플라즈마 광원을 개발하기 위해서는, 각각의 타겟에 적합한 온도 밀도 상태의 플라즈마를 수μsec(적어도 1μsec 이상) 구속하여, 안정된 EUV 방사를 달성할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 발생하는 플라즈마광의 출력을 큰 폭으로 높일 수 있고, 또한 열 부하 및 전극 소모를 억제해 장치 수명을 늘릴 수 있는 플라즈마 광원을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 소정의 발광점에서 플라즈마광을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원과,

상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광하는 집광 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점은 단일의 중심축을 중심으로 하는 동일한 원주상에 마련되고,

상기 집광 장치는, 상기 중심축상에 위치하고 상기 발광점으로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 반사하는 반사경과,

상기 반사경을 각 플라즈마 광원의 발광시에 그 플라즈마 광원을 향하도록 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 장치를 갖는다.

또한, 상기 집광 장치는, 상기 각 발광점의 플라즈마광을 상기 반사경을 향해 집광하는 복수의 집광경을 갖고,

상기 집광경과 반사경에 의해 각 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 집광점은 상기 중심축상에 위치하고, 상기 반사경은 상기 발광점으로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 집광하는 오목면 미러이다.

또한, 상기 복수의 발광점을 포함하는 평면과 상기 중심축의 교점으로부터, 각 발광점까지의 거리와 상기 집광점까지의 거리가 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 집광 장치는 상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점을 단일의 중심축을 중심으로 하는 동일한 원주상에 마련하는 회전체와,

각 플라즈마 광원의 발광시에 그 플라즈마 광원의 발광점이 동일 위치에 위치하도록 상기 회전체를 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 장치를 갖는다.

또한, 상기 집광 장치는 상기 동일 위치로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 집광하는 집광경을 갖는다.

또한, 상기 각 플라즈마 광원은, 대향 배치된 한 쌍의 동축상(同軸狀) 전극과, 상기 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치와, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 구비하고, 한 쌍의 동축상 전극 사이에 관상(管狀) 방전을 형성하여 플라즈마를 축 방향으로 구속한다.

본 발명의 구성에 따르면, 소정의 발광점에서 플라즈마광을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원을 구비하므로, 이를 순차적으로 동작시킴으로써 개개의 광원의 열 부하를 억제하면서 발생하는 플라즈마광의 출력을 큰 폭으로 높일 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광하는 집광 장치를 구비하므로, 리소그래피용 EUV 광원으로서 단일의 집광점으로부터 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수의 플라즈마 광원을 동일 원주상에 마련하고, 집광경과 반사경으로 이루어지는 집광계에 의한 집광점을 상기 원의 중심축선상에 만들어, 원의 중심부에 마련한 반사경으로 원 중심을 통과하는 수직축상에 집광시키는 배치로 하고, 또한 원주상에 배치된 개개의 플라즈마 광원의 발광 타이밍과 동기해 반사경의 반사면이 그 플라즈마 광원과 대면하도록 회전시킴으로써, 단일의 집광점으로부터 출력이 높고 미소 사이즈인 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 단일의 오목면 미러에 의한 1회의 반사로 플라즈마광을 집광점에 집광하므로, 반사 효율을 높일 수 있어 발생한 EUV광의 이용 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 복수의 플라즈마 광원을 동일 원주상에 마련하고, 이들을 회전시켜 각 플라즈마 광원이 집광경에 대향하는 위치에 도달한 타이밍에 각각의 플라즈마 광원의 방전, 플라즈마 발광을 행함으로써, 단일의 집광점으로부터 출력이 높고 미소 사이즈인 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 플라즈마 광원의 실시 형태도이다.
도 2의 (A)는 도 1의 플라즈마 광원의 면상(面狀) 방전 발생시의 작동 설명도이다.
도 2의 (B)는 도 1의 플라즈마 광원의 면상 방전의 이동중의 작동 설명도이다.
도 2의 (C)는 도 1의 플라즈마 광원의 플라즈마 형성시의 작동 설명도이다.
도 2의 (D)는 도 1의 플라즈마 광원의 플라즈마 구속 자장 형성시의 작동 설명도이다.
도 3의 (A)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제1 실시 형태의 평면도이다.
도 3의 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제1 실시 형태의 측면도이다.
도 4의 (A)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제2 실시 형태의 평면도이다.
도 4의 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제2 실시 형태의 측면도이다.
도 5는 도 4의 (B)의 오목면 미러의 제1 실시 형태도이다.
도 6은 도 4의 (B)의 오목면 미러의 제2 실시 형태도이다.
도 7은 도 4의 (B)의 오목면 미러의 제3 실시 형태도이다.
도 8의 (A)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제3 실시 형태의 평면도이다.
도 8의 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제3 실시 형태의 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부한 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명과 관련된 플라즈마 광원의 실시 형태도로서, 플라즈마 광원(10)은 한 쌍의 동축상 전극(11), 방전 환경 유지 장치(20) 및 전압 인가 장치(30)를 구비한다.

한 쌍의 동축상 전극(11)은 대칭면(1)을 중심으로 대향 배치된다. 각 동축상 전극(11)은 봉상의 중심 전극(12), 관상의 가이드 전극(14) 및 링상의 절연체(16)로 이루어진다.

봉상의 중심 전극(12)은 단일한 축선 Z-Z상으로 연장되는 도전성 전극이다.

관상의 가이드 전극(14)은 중심 전극(12)을 일정한 간격을 두고 둘러싸고, 그 사이에 플라즈마 매체를 보유하게 되어 있다. 플라즈마 매체는, 예를 들면 Xe, Sn, Li 등의 가스이다.

링상의 절연체(16)는 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이에 위치하는 중공(中空) 원통 형상의 전기적 절연체이며, 중심 전극(12)과 가이드 전극(14) 사이를 전기적으로 절연한다.

한 쌍의 동축상 전극(11)은 각 중심 전극(12)이 동일한 축선 Z-Z상에 위치하고, 또한 서로 일정한 간격을 두고 대칭적으로 위치한다.

방전 환경 유지 장치(20)는 동축상 전극(11) 내부에 플라즈마 매체를 공급하고, 또한 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 동축상 전극(11)을 유지한다. 방전 환경 유지 장치(20)는, 예를 들면 진공 챔버, 온도 조절기, 진공 장치 및 플라즈마 매체 공급 장치에 의해 구성할 수 있다.

전압 인가 장치(30)는 각 동축상 전극(11)에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가한다. 전압 인가 장치(30)는, 이 예에서는 양전압원(32), 음전압원(34) 및 트리거 스위치(36)로 이루어진다.

양전압원(32)은 한쪽(이 예에서는 좌측) 동축상 전극(11)의 중심 전극(12)에 그 가이드 전극(14)보다 높은 양의 방전 전압을 인가한다.

음전압원(34)은 다른 쪽(이 예에서는 우측) 동축상 전극(11)의 중심 전극(12)에 그 가이드 전극(14)보다 낮은 음의 방전 전압을 인가한다.

트리거 스위치(36)는 양전압원(32)과 음전압원(34)을 동시에 작동시켜, 각각의 동축상 전극(12)에 동시에 양·음의 방전 전압을 인가한다.

이 구성에 의해, 본 발명의 플라즈마 광원은 한 쌍의 동축상 전극(11) 사이에 관상 방전을 형성해 플라즈마를 축 방향으로 구속하게 된다.

도 2의 (A) 내지 (D)는 도 1의 플라즈마 광원의 작동 설명도이다. 이 도면에서 도 2의 (A)는 면상 방전의 발생시, 도 2의 (B)는 면상 방전의 이동중, 도 2의 (C)는 플라즈마의 형성시, 도 2의 (D)는 플라즈마 구속 자장의 형성시를 나타낸다.

이하, 이 도면를 참조해 플라즈마광 발생 방법을 설명한다.

상기 플라즈마광 발생 방법에서는, 전술한 한 쌍의 동축상 전극(11)을 대향 배치하고, 방전 환경 유지 장치(20)에 의해 동축상 전극(11) 내부에 플라즈마 매체를 공급하고 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하며, 전압 인가 장치(30)에 의해 각 동축상 전극(11)에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가한다.

도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 이 전압 인가에 의해, 한 쌍의 동축상 전극(11)에 절연체(16)의 표면에서 각각 면상의 방전 전류(이하, 면상 방전(2)이라고 한다)가 발생한다. 면상 방전(2)은 2차원적으로 확장되는 면상의 방전 전류이며, 이하 '전류 시트'라고 한다.

한편, 이때, 좌측의 동축상 전극(11)의 중심 전극(12)은 양전압(＋), 가이드 전극(14)은 음전압(－)으로 인가되고, 우측의 동축상 전극(11)의 중심 전극(12)은 음전압(－), 가이드 전극(14)은 양전압(＋)으로 인가되어 있다.

도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)은 자기(自己) 자장에 의해 전극으로부터 배출되는 방향(도면에서 중심을 향하는 방향)으로 이동한다.

도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)이 한 쌍의 동축상 전극(11)의 선단에 이르면, 한 쌍의 면상 방전(2)의 사이에 끼워진 플라즈마 매체(6)가 고밀도, 고온이 되어, 각 동축상 전극(11)의 대향하는 중간 위치(중심 전극(12)의 대칭면(1))에 단일의 플라즈마(3)가 형성된다.

또한, 이 상태에서 대향하는 한 쌍의 중심 전극(12)은 양전압(＋)과 음전압(－)이고, 마찬가지로 대향하는 한 쌍의 가이드 전극(14)도 양전압(＋)과 음전압(－)이므로, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 면상 방전(2)은 대향하는 한 쌍의 중심 전극(12)끼리, 및 대향하는 한 쌍의 가이드 전극(14)의 사이에서 방전하는 관상 방전(4)으로 전환된다. 여기에서, 관상 방전(4)이란, 축선 Z-Z를 둘러싸는 중공 원통상의 방전 전류를 의미한다.

관상 방전(4)이 형성되면, 도면에 참조 부호 5로 나타내는 플라즈마 구속 자장(자기병)이 형성되어, 플라즈마(3)를 반경 방향 및 축 방향으로 구속할 수 있다.

즉, 자기병(5)은 플라즈마(3)의 압력에 의해 중앙부는 크고 그 양측이 작아져 플라즈마(3)로 향하는 축 방향의 자기압 구배가 형성되고, 이 자기압 구배에 의해 플라즈마(3)는 중간 위치에 구속된다. 또한, 플라즈마 전류의 자기 자장에 의해 중심 방향으로 플라즈마(3)는 압축(Z핀치(Z-pinch))되고, 반경 방향으로도 자기 자장에 의한 구속이 작용한다.

이 상태에서, 플라즈마(3)의 발광 에너지에 상당하는 에너지를 전압 인가 장치(30)로부터 계속 공급하면, 높은 에너지 변환 효율로 플라즈마광(8)(EUV)을 장시간 안정적으로 발생시킬 수 있다.

전술한 장치와 방법에 따르면, 대향 배치된 한 쌍의 동축상 전극(11)을 구비하고, 한 쌍의 동축상 전극(11)에 각각 면상의 방전 전류(면상 방전(2))를 발생시키고, 면상 방전(2)에 의해 각 동축상 전극(11)의 대향하는 중간 위치에 단일의 플라즈마(3)를 형성하고, 계속해서 면상 방전(2)을 한 쌍의 동축상 전극 사이의 관상 방전(4)으로 전환하여 플라즈마(3)를 구속하는 플라즈마 구속 자장(5)(자기병(5))을 형성하므로, EUV 방사를 위한 플라즈마광을 장시간(μsec 단위로) 안정적으로 발생시킬 수 있다.

또한, 종래의 모세관 방전이나 진공 방전 금속 플라즈마와 비교하면, 한 쌍의 동축상 전극(11)의 대향하는 중간 위치에 단일의 플라즈마(3)가 형성되고, 또한 에너지 변환 효율을 큰 폭(10배 이상)으로 개선할 수 있으므로, 플라즈마 형성중의 각 전극의 열 부하가 작아져 구성 기기의 열 부하에 의한 데미지를 큰 폭으로 저감할 수 있다.

또한, 한 쌍의 동축상 전극(11)의 대향하는 중간 위치에 플라즈마광의 발광원인 플라즈마(3)가 형성되므로, 발생한 플라즈마광의 유효 방사 입체각을 크게 할 수 있다.

그러나, 전술한 플라즈마 광원에 의해, 종래 기술과 비교해 에너지 변환 효율을 큰 폭으로 개선할 수 있지만, 그 에너지 변환 효율은 여전히 낮고(예를 들면 10% 정도), 광원부에 투입하는 전력 1㎾에 대해 발생 가능한 플라즈마광의 출력은 0.1㎾ 정도에 지나지 않는다.

이 때문에, 리소그래피 광원에 요구되는 플라즈마광의 출력(예를 들면 1㎾)을 달성하기 위해 광원부에 투입하는 전력을 큰 폭으로 높이면, 열 부하가 지나치게 커져 전극의 소모가 격렬해져 장치의 수명이 단축될 가능성이 있다.

도 3의 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제1 실시 형태도로서, (A)는 평면도, (B)는 측면도이다.

이 도면에서, 본 발명의 플라즈마 광원 시스템은 복수(이 예에서는 4개)의 플라즈마 광원(10)(이 예에서는 10A, 10B, 10C, 10D)과 집광 장치(40)를 구비한다.

복수(4개)의 플라즈마 광원(10)(10A, 10B, 10C, 10D)은, 각각, 소정의 발광점(1a)에서 플라즈마광(8)을 주기적으로 발광한다. 주기는 1㎑ 이상, 플라즈마광의 발광 시간은 1μsec 이상, 플라즈마광의 출력은 0.1㎾ 이상인 것이 좋다. 또한, 각 플라즈마 광원(10)의 주기, 발광 시간 및 출력은 각각 동일한 것이 바람직하다.

또한, 각 플라즈마 광원(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 대향 배치된 한 쌍의 동축상 전극(11)과, 동축상 전극(11) 내부에 플라즈마 매체를 공급하고 플라즈마 발생에 적합한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치(20)와, 각 동축상 전극(11)에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하는 전압 인가 장치(30)를 구비하고, 한 쌍의 동축상 전극(11)의 사이에 관상 방전을 형성해 플라즈마를 축 방향으로 구속하게 되어 있다.

집광 장치(40)는 플라즈마 광원(10)의 복수의 발광점(1a)에서의 플라즈마광(8)을 단일의 집광점(9)에 집광한다.

이 예에서, 플라즈마 광원(10)의 복수의 발광점(1a)은 단일의 중심축(7)을 중심으로 하는 동일한 원주상에 설치되어 있다. 원주상의 간격은 서로 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 이 예에서, 집광 장치(40)는 단일의 반사경(42), 단일의 회전 장치(44), 및 복수(이 예에서는 4개)의 집광경(46)(이 예에서는 46A, 46B, 46C, 46D)을 갖는다.

반사경(42)은 상기 중심축상에 위치하고, 플라즈마 광원(10)의 각 발광점(1a)으로부터의 플라즈마광(8)을 중심축(7)상에 위치하는 집광점(9)을 향해 반사한다. 반사경(42)은 오목면 미러인 것이 바람직하지만, 평면 미러라도 무방하다.

회전 장치(44)는, 각 플라즈마 광원(10)의 발광시에 반사경(42)이 그 플라즈마 광원을 향하도록, 중심축(7)을 중심으로 반사경(42)을 회전시킨다.

복수(4개)의 집광경(46)(46A, 46B, 46C, 46D)은 각 발광점(1a)의 플라즈마광(8)을 반사경(42)을 향해 집광한다.

또한, 집광경(46)과 반사경(42)은, 이 양자에 의해 각 발광점(1a)에서의 플라즈마광(8)을 단일의 집광점(9)에 집광하도록 형상이 설정되어 있다.

한편, 플라즈마 광원(10)을 구성하는 방전 환경 유지 장치(20)와 전압 인가 장치(30)는, 복수의 플라즈마 광원(10)에 각각 마련하는 것이 바람직하지만, 그 일부 또는 전부를 공용해도 된다.

한편, 이 예에서 플라즈마 광원(10)은 4대이지만, 2∼3대라도, 5대 이상이라도 무방하다. 또한, 특히, 발광 간격을 단축해 높은 반복 운전(1 내지 10㎑)을 실현하기 위해서는 많을수록 바람직하고, 예를 들면 10 이상인 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 3에서의 중심축(7)을 중심으로 하는 원의 반경을 R, 회전 속도를 N, 플라즈마광(8)의 펄스폭을 τ라고 했을 경우, 방전중의 플라즈마 이동량 Δ는 2πR·N·τ로 나타내져, N이 100(10 헤드, 1㎑), τ가 5㎲, R이 5㎝의 경우, 플라즈마 이동량 Δ는 약 160㎛로서, EUV 플라즈마 광원에 적용 가능한 미소 사이즈로 할 수 있다.

전술한 본 발명의 제1 실시 형태에 따르면, 복수의 플라즈마 광원(10)을 동일 원주상에 마련하고, 집광경(46)과 반사경(42)으로 이루어지는 집광계에 의한 집광점(9)을 상기 원의 중심축선상에 만들고, 원의 중심부에 마련한 반사경(42)으로 원 중심을 지나는 수직축상에 집광시키는 배치로 하고, 또한 원주상에 배치된 개개의 플라즈마 광원(10)의 발광 타이밍과 동기해 반사경(42)의 반사면이 그 플라즈마 광원(10)에 대면하도록 회전시킴으로써, 단일의 집광점(9)으로부터 출력이 높고 미소 사이즈인 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

도 4의 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제2 실시 형태도이다. 이 예에서 반사경(42)은 각 발광점(1a)으로부터의 플라즈마광(8)을 중심축(7)상에 위치하는 집광점(9)을 향해 집광하는 오목면 미러(43)이다.

그 외의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

도 5는 도 4의 (B)의 오목면 미러(43)의 제1 실시 형태도이다.

도 5에서 복수의 발광점(1a)을 포함하는 평면과 중심축(7)의 교점을 원점(O)이라고 하고, 원점(O)과 발광점(1a)을 연결하는 선을 X축, 원점(O)과 중심축(7)상에 위치하는 집광점(9)을 연결하는 선을 Y축, 발광점(1a)과 집광점(9)을 연결하는 선을 대칭축(C)이라고 한다.

도 5에서 오목면 미러(43)는 다층막 미러이며, 그 반사면의 형상은 반사면의 법선에 대한 입사각과 반사각이 일치하고, 또한 대칭축(C)에 대해 선대칭으로 형성되어 있다.

전술한 본 발명의 제2 실시 형태에 따르면, 단일의 오목면 미러(43)에 의해 각 발광점(1a)으로부터의 플라즈마광(8)을 중심축(7)상에 위치하는 집광점(9)을 향해 집광할 수 있다.

따라서, 원주상에 배치된 개개의 플라즈마 광원(10)의 발광 타이밍과 동기해 오목면 미러(43)의 반사면이 그 플라즈마 광원(10)에 대면하도록 회전시킴으로써, 단일의 집광점(9)으로부터 출력이 높고 미소 사이즈인 플라즈마광(8)을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

또한, EUV 영역의 미러는 반사율이 낮기 때문에(예를 들면 70% 전후), 미러가 복수 개인 구성에서는 발생한 EUV광의 이용 효율이 크게 저하하는 것으로 알려져 있다.

이에 대해, 도 5의 구성에서는 단일의 오목면 미러(43)에 의한 1회의 반사로 플라즈마광(8)을 집광점(9)에 집광하므로, 반사 효율을 높일 수 있어, 발생한 EUV광의 이용 효율을 높일 수 있다.

도 6은 도 4의 (B)의 오목면 미러(43)의 제2 실시 형태도이다.

도 6에서 오목면 미러(43)는 다층막 미러이며, 그 반사면의 형상은 반사면의 법선에 대한 입사각과 반사각이 일치하고, 또한 대칭축(C)에 대해 선대칭으로 형성되어 있다. 또한 이 예에서는, 오목면 미러(43)와 중심축(7)의 교점(O)과 각 발광점(1a)을 연결하는 직선이 X축에 대해 이루는 각도 φ는 0도가 아니라, 예를 들면 10 내지 45도로 설정되어 있다. 한편, 각 발광점(1a)을 Y축의 마이너스측에 설정해 각도 φ를 마이너스로 설정해도 무방하다.

이 경우, 오목면 미러(43)의 반사면의 X-Y 평면상의 곡선은 수학식 1의 식 (1)로 표시된다. 여기에서, 각 발광점(1a)과 집광점(9)의 X-Y축상의 위치를 S(cosφ, sinφ)와 F(Y, 0)으로 한다.

그 밖의 구성은 도 5와 마찬가지이다.

이 곡선은 점 S, F를 2개의 초점으로 하고, 점 O를 지나는 타원호가 된다.

미러 곡면은 X-Y 평면상의 이 곡선을 대칭축(C)의 주위로 일정 각도 회전시켜 얻어지는 곡면이다.

도 6의 구성에 따라, 오목면 미러(43)로의 플라즈마광(8)의 입사각이 45° 미만이 되어, P 편광 성분(전계 진동이 입사면에 평행)의 반사율이 0이 되는 입사각도 영역을 없앨 수 있다.

그 밖의 효과는 도 5와 마찬가지이다.

도 7은 도 4의 (B)의 오목면 미러(43)의 제3 실시 형태도이다.

도 7에서 오목면 미러(43)는 다층막 미러이며, 그 반사면의 형상은 반사면의 법선에 대한 입사각과 반사각이 일치하고, 또한 대칭축(C)에 대해 선대칭으로 형성되어 있다. 또한 이 예에서는, 원점(O)으로부터 각 발광점(1a)까지의 거리(중심축(7)을 중심으로 하는 원의 반경 R)와 집광점(9)까지의 거리가 동일하게 설정되어 있다.

이 경우, 오목면 미러(43)의 반사면의 X-Y축상의 곡선은 수학식 2의 식 (2)로 표시된다.

그 밖의 구성은 도 5와 마찬가지이다.

도 7의 구성에 따라, 집광점(9)에 광축 대칭으로 플라즈마광(8)을 집광시킬 수 있다. 또한 이 경우, 집광점(9)으로부터의 플라즈마광(8)의 조사각은 발광점(1a)으로부터의 플라즈마광(8)의 조사각과 동일하게 된다.

그 밖의 효과는 도 5와 마찬가지이다.

도 8의 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 플라즈마 광원 시스템의 제3 실시 형태도로서, (A)는 평면도, (B)는 측면도이다.

이 예에서, 집광 장치(40)는 단일의 회전체(48), 단일의 회전 장치(44) 및 단일의 집광경(46)을 갖는다.

회전체(48)는 플라즈마 광원(10)의 복수(4개)의 발광점(1a)을, 단일의 중심축(7)을 중심으로 하는 동일한 원주상에 마련한다.

회전 장치(44)는 각 플라즈마 광원(10)의 발광시에 그 플라즈마 광원의 발광점(1a)이 동일 위치(도면에서 우측의 발광점(1a))에 위치하도록 회전체(48)를 중심축(7)을 중심으로 회전시킨다.

또한, 집광경(46)은 상기 동일 위치(도면에서 우측의 발광점(1a))로부터의 플라즈마광(8)을 집광점(9)을 향해 집광한다.

한편, 플라즈마 광원(10)을 구성하는 방전 환경 유지 장치(20)와 전압 인가 장치(30)는 복수의 플라즈마 광원(10)에 각각 마련하는 것이 바람직하지만, 그 일부 또는 전부를 공용해도 무방하다.

그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

전술한 본 발명의 제3 실시 형태에 따르면, 복수의 플라즈마 광원(10)을 동일 원주상에 마련하고 이들을 회전시켜, 각 플라즈마 광원(10)이 집광경(46)에 대향하는 위치에 도달한 타이밍에 각각의 플라즈마 광원(10)의 방전, 플라즈마 발광을 행함으로써, 단일한 집광점으로부터 출력이 높고 미소 사이즈인 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 구성에 따르면, 소정의 발광점(1a)에서 플라즈마광(8)을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원(10)을 구비하므로, 이를 순차적으로 동작시킴으로써 개개의 광원의 열 부하를 억제하면서 발생하는 플라즈마광의 출력을 큰 폭으로 높일 수 있다.

또한, 플라즈마 광원(10)의 복수의 발광점(1a)에서의 플라즈마광(8)을 단일의 집광점(9)에 집광하는 집광 장치(40)를 구비하므로, 리소그래피용 EUV 광원으로서 단일의 집광점(9)으로부터 플라즈마광을 주기적으로 발광시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 특허 청구 범위의 기재에 의해 나타나고, 또한 특허 청구 범위의 기재와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함한다.

1 대칭면
1a 발광점
2 면상 방전(전류 시트)
3 플라즈마
4 관상 방전
5 플라즈마 구속 자장
6 플라즈마 매체
7 중심축
8 플라즈마광(EUV)
9 집광점
10(10A, 10B, 10C, 10D) 플라즈마 광원
11 동축상 전극
12 중심 전극
12a 오목부
14 가이드 전극
14a 개구
16 절연체(다공질 세라믹)
18 플라즈마 매체 공급 장치
18a 리저버(도가니)
18b 가열 장치
20 방전 환경 유지 장치
30 전압 인가 장치
32 양전압원
34 음전압원
36 트리거 스위치
40 집광 장치
42 반사경
43 오목면 미러
46(46A, 46B, 46C, 46D) 집광경
48 회전체

Claims

삭제
소정의 발광점에서 플라즈마광을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원과,
상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광하는 집광 장치를 구비하고,
상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점은, 단일의 중심축을 중심으로 하는 동일한 원주상에 마련되고,
상기 집광 장치는, 상기 중심축상에 위치하고 상기 발광점으로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 반사하는 반사경과,
상기 반사경을 각 플라즈마 광원의 발광시에 그 플라즈마 광원을 향하도록, 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 장치와,
상기 각 발광점의 플라즈마광을 상기 반사경을 향해 집광하는 복수의 집광경을 갖고,
상기 집광경과 반사경에 의해, 각 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템.
삭제
제2항에 있어서,
상기 집광점은 상기 중심축상에 위치하고,
상기 반사경은 상기 발광점으로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 집광하는 오목면 미러인 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템.
제4항에 있어서,
상기 복수의 발광점을 포함하는 평면과 상기 중심축의 교점으로부터, 각 발광점까지의 거리와 상기 집광점까지의 거리가 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템.
소정의 발광점에서 플라즈마광을 주기적으로 발광하는 복수의 플라즈마 광원과,
상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점에서의 플라즈마광을 단일의 집광점에 집광하는 집광 장치를 구비하고,
상기 집광 장치는, 상기 플라즈마 광원의 복수의 발광점을 단일의 중심축을 중심으로 하는 동일한 원주상에 마련하는 회전체와,
각 플라즈마 광원의 발광시에 그 플라즈마 광원의 발광점이 동일 위치에 위치하도록, 상기 회전체를 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 장치와,
상기 동일 위치로부터의 플라즈마광을 상기 집광점을 향해 집광하는 집광경을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템.
삭제
제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 플라즈마 광원은, 대향 배치된 한 쌍의 동축상 전극과, 상기 동축상 전극 내부에 플라즈마 매체를 공급하고 플라즈마 발생에 필요한 온도 및 압력으로 유지하는 방전 환경 유지 장치와, 각 동축상 전극에 극성을 반전시킨 방전 전압을 인가하는 전압 인가 장치를 구비하고,
한 쌍의 동축상 전극 사이에 관상 방전을 형성해 플라즈마를 축 방향으로 구속하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광원 시스템.