KR101396158B1 - Ｅｕｖ 램프 및 연질 ｘ-선 램프의 전환 효율을 증가시키는 방법, 및 ｅｕｖ 방사선 및 연질 ｘ-선을 생성하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 전환 효율을 증가시키는 방법에 관한 것으로서, EUV 방사선 또는 연질 X-선을 방출하는 방전 플라즈마(8)는 방전 공간 내의 기화된 액상 재료에 의해 형성되는 가스 매질에서 생성되고, 상기 액상 재료는 에너지 빔(9)에 의해 적어도 부분적으로 기화되어 방전 공간 내의 표면상에 제공된다. 본 발명은 또한 EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나를 생성하기 위한 대응하는 장치에 관한 것이다. 본 방법에서는, 방전 공간 내의 기화된 액상 재료의 밀도를 감소시키기 위해, 액상 재료의 화학 원소들보다 낮은 질량수를 갖는 화학 원소들로 혼합된 가스(11)가, 통제되는 방식으로 적어도 하나의 노즐(10)을 따라, 방전 공간 및 방전 공간으로의 공급 경로 상의 액상 재료 중 적어도 하나에 제공되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 방법 및 대응하는 장치로 인해 램프의 전환 효율이 증가된다.

EUV 방사선, 연질 X-선 램프, 방전 플라즈마, 전환 효율, 방전 공간

Description

ＥＵＶ 램프 및 연질 Ｘ-선 램프의 전환 효율을 증가시키는 방법, 및 ＥＵＶ 방사선 및 연질 Ｘ-선을 생성하는 장치{A METHOD OF INCREASING THE CONVERSION EFFICIENCY OF AN EUV LAMP AND SOFT X-RAY LAMP, AND AN APPARATUS FOR PRODUCING EUV RADIATION AND SOFT X-RAYS}

본 발명은, EUV(extreme ultraviolet) 방사선 및 연질 X-선(soft X-ray) 중 적어도 하나를 방출하는 방전 플라즈마가 방전 공간 내의 기화된 액상 재료에 의해 형성되는 가스 매질에서 생성되고, 상기 액상 재료는 방전 공간 내의 표면상에 제공되어 에너지 빔에 의해 적어도 부분적으로 기화되는, EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 전환 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기적으로 동작되는 방전에 의해 EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나를 생성하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 전극들 사이의 방전 공간 내의 가스 매질에서 플라즈마의 생성을 허용할 만큼의 거리를 서로 두고 배열되어 있는 적어도 두 개의 전극, 상기 방전 공간 내의 표면에 액상 재료를 도포하기 위한 디바이스, 및 에너지 빔을 상기 표면상으로 향하게 하여 상기 도포된 액상 재료를 적어도 부분적으로 기화시킴으로써 상기 가스 매질을 생성하도록 되어 있는 에너지 빔 디바이스를 포함한다.

EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나를 방출하는 방사선원(radiation sources)은 EUV 리소그래피 분야에서 특히 요구된다. 이 방사선은 펄스 전류(a pulsed current)에 의해 생성된 뜨거운 플라즈마로부터 방출된다. 현재까지 알려진 가장 강력한 EUV 램프는 필요한 플라즈마를 생성하기 위해 금속 증기(metal vapor)를 이용하여 동작한다. 이러한 EUV 램프의 예가 WO2005/025280 A2에 공지되어 있다. 이 공지된 EUV 램프에서, 금속 증기는 전극들 사이의 방전 공간 내의 표면에 도포되어 에너지 빔, 특히 레이저 빔에 의해 적어도 부분적으로 기화되는 금속 용융물(a metal melt)로부터 생성된다. 이 EUV 램프의 바람직한 실시예에서는, 두 개의 전극들이 회전가능하게 실장되어, 램프의 동작중에 회전되는 전극 휠들을 형성한다. 회전 중에 전극 휠들은, 금속 용융물이 담긴 용기에 잠긴다. 펄스 레이저 빔은 전극들 중 한 전극의 표면으로 향하게끔 방향이 정해져 도포된 금속 용융물로부터 금속 증기를 생성하여 전기적 방전을 발화(ignite)시킨다. 금속 증기는 최대로 대략 10 ㎄까지인 소정의 ㎄ 전류에 의해 가열되어서, 원하는 이온화 단계(ionization stages)가 활성화되고(excited) 원하는 파장의 방사선이 방출된다.

공지된 EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 공통적인 문제점은 공급된 전기 에너지의 원하는 작은 대역폭의 EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나로의 전환 효율이 낮다는 것이다. 특히 반도체 산업을 위한 광학 리소그래피 분야에서는, 13.5㎚ 근방 2% 내의 대역폭 정도의 EUV 방사선이 요구된다.

본 발명의 목적은 EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 전환 효율을 증가시키는 방법뿐만 아니라, 전환 효율이 증가된 EUV 및 연질 X-선 방사선 중 적어도 하나를 생성하는 장치 또는 램프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1항 및 제6항의 방법 및 장치로 달성된다. 본 방법 및 장치의 유리한 실시예들은 종속항들의 주제어(subject)이며 본 발명을 수행하기 위한 다음의 설명 및 예시에서 더 설명된다.

본 방법에서는, EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나를 방출하는 방전 플라즈마가 방전 공간 내의 기화된 액상 재료에 의해 형성된 가스 매질에서 생성되며, 상기 액상 재료는 방전 공간 내의 표면에 제공되어 에너지 빔, 특히 레이저 빔에 의해 적어도 부분적으로 기화된다. 본 방법은, 방전 공간 내의 기화된 액상 재료의 밀도를 감소시키기 위해, 액상 재료의 화학 원소들보다 더 낮은 질량수(mass number)를 갖는 화학 원소들로 이루어진 가스가 적어도 하나의 노즐을 통해, 통제되는 방식으로(in a directed manner) 국소적으로 방전 공간 및 방전 공간으로의 공급 경로 상의 액상 재료 중 적어도 하나에 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.

방사선을 아주 많이 생성하지 않는 원소를 이용함으로써, 기화된 액상 재료, 바람직하게는 용융된 금속의 밀도가 감소하기 때문에, EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 전환 효율이 증가될 수 있다. 이는 연료(fuel)로도 불리우는 액상 재료로서 용융된 주석의 예를 들어 이하에 설명된다. 주석을 EUV 램프의 연료로 사용함으로써, 13.5㎚ 근방 2% 내의 대역폭 정도의 EUV 방사선이 발생될 수 있다. 그러나, 주석 증기 플라즈마의 방출 스펙트럼 전체는 10⁶ 정도의 스펙트럼 선으로 구성된다. 따라서 플라즈마는 또한 원하는 EUV 방사선에 기여하지 않는 파장 범위 내에서 방출을 한다. 또한, 생성된 방사선의 상당한 부분이 플라즈마를 벗어나는 게 아니라 플라즈마 내부로 흡수된다. 이는 EUV 방사선을 집속시키거나 편향시키기(deflecting) 위한 통상의 광학 소자들에 의해 사용될 수 있는 대역폭 바깥의, 보다 긴 파장의 방사선에 비교적 큰 기여를 하게 한다. 그러나 본 방법에 따라 가스를 추가함으로써, 연료의 일부가 공급되는 가스의 보다 가벼운 원소들로 대체된다. 이는 연료에 의한 EUV 방사선의 흡수를 감소시키므로 플라즈마의 효율을 증가시킨다. 이 방법으로, 플라즈마의 총 방사선 손실이 감소될 수 있으며, 이는 플라즈마 온도가 더 높아지는 결과를 가져올 것이다. 플라즈마가 뜨거울수록, EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나에 필요한 더 짧은 파장의 방사선이 더 많이 생성된다.

그러나 EUV 램프의 진공 챔버 전체에 추가적인 가스를 공급하는 것은 불가능한데, 왜냐하면 예를 들어 바람직한 가스로서의 산소는 램프의 값비싼 광학 기기(optics)의 수명을 현저히 감소시킬 것이기 때문이다. 이 문제를 회피하기 위해, 본 방법에 따르면, 가스가 적어도 하나의 노즐을 통해 통제되는 방식으로 단지 국소적으로, 방전 공간 및 방전 공간으로의 공급 경로 상의 액상 재료 중 적어도 하나에 공급된다. 방전 공간에 근접한 이러한 가스의 국소적 공급으로 인해, 램프의 광학적 구성요소로의 이 가스의 다량의 확산이 방지될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 공급된 가스는 플라즈마 내의 연료의 밀도를 감소시켜서, 램프의 보다 높은 전환 효율을 가져온다. 노즐은 가스를 방전 공간에 직접 공급하거나, 가스가 액상 재료에 의해 방전 공간에 전달되도록 가스를 액상 재료에 공급하도록 배치될 수 있다. 후자의 경우, 가스는 액상 재료에 용융되거나(dissolved) 액상 재료에 결합하도록(bonded to) 선택된다.

가스 및 액상 재료(연료)는 EUV 및 연질 X-선 중 적어도 하나의 방출을 위한 원하는 파장 범위에 기초하여, 이 파장 범위에서 전환 효율의 원하는 증가가 일어나게끔 또한 선택된다. 이는 상이한 파장 범위에 대해 램프의 전환 효율을 증가시키기 위해서는 연료와 가스의 상이한 조합이 사용되어야함을 의미한다. 원칙적으로는, 원소 주기율표의 제1 내지 제3 열의 가스들이 사용될 수 있다.

제안되는 장치는, 전극들 사이의 가스 매질에서 플라즈마의 생성을 허용할 만큼의 거리를 서로 두고 진공 챔버내에 배열되어 있는 적어도 두 개의 전극, 방전 공간 내의 표면에 액상 재료를 도포하기 위한 디바이스, 및 에너지 빔을 상기 표면상으로 향하게 하여, 도포된 상기 액상 재료를 적어도 부분적으로 기화시킴으로써 상기 가스 매질을 생성하도록 되어 있는 에너지 빔 디바이스를 포함한다. 이 장치는, 방전 공간 내의 기화된 액상 재료의 밀도를 감소시키기 위해, 가스가 적어도 하나의 노즐을 통해 통제된 방식으로, 국소적으로 방전 공간 및 방전 공간으로의 공급 경로 상의 액상 재료 중 적어도 하나에 제공되게끔 하는 적어도 하나의 노즐이 장치에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 장치 및 제시된 방법의 바람직한 실시예에서는, 본원에 참조로써 포함되어 있는 WO2005/025280 A2에 개시된 장치가 사용되고 여기에는 가스를 공급하기 위한 하나 이상의 노즐이 제공되어 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에서는, "포함하는(comprising)"이라는 단어가 다른 요소들 또는 단계들을 배제하는 것은 아니며, "a"나 "an"의 사용은 복수개를 배제하는 것은 아니다. 또한 청구항들의 어떤 참조부호도 이들 청구항의 범위를 하정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 방법 및 장치의 예시들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명되며, 특허청구범위의 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 도면은 EUV 램프의 도식적인 모양을 도시한다.

도면은 제안하는 램프의 일부의 개략도를 도시하고, 또한 본 방법의 원리를 도시한다. EUV 램프는 진공 챔버에 배열된 두 개의 전극(1, 2)을 포함한다. 디스크형 전극들(1, 2)은 회전가능하게, 즉, 동작 중에 회전축(3)에 대해 회전되도록 실장된다. 회전중에, 전극들(1, 2)은 해당 용기(4, 5)에 부분적으로 잠긴다. 이들 용기들(4, 5) 각각은 금속 용융물(6), 본 경우에는 액상 주석을 담고 있다. 금속 용융물(6)은 대략 300℃의 온도, 즉 주석의 녹는점인 230℃보다 약간 높은 온도로 유지된다. 용기(4, 5) 내의 금속 용융물은 용기에 연결된 가열 디바이스 또는 냉각 디바이스(도시 생략)에 의해 상술한 동작 온도로 유지된다. 회전 중에, 전극들(1, 2)의 표면은 액상 금속으로 젖어서 상기 전극들에 액상 금속 막이 형성된다. 전극들 상의 액상 금속 층 두께는 스키머(skimmers)에 의해 조절되는데, 이는 도시되어 있지 않다. 절연된 피드스루(feedthrough)를 통해 커패시터 뱅크(7)에 연결된 금속 용융물(6)을 통하여 전극에 전류가 공급된다.

도면에 도시된 바와 같이, 레이저 펄스(9)는 두 전극 사이의 가장 가까운 지점에서 전극(1, 2) 중 하나에 초점을 맞춘다. 결과적으로, 전극들(1, 2) 상의 금 속 막 일부가 기화하여 전극 갭의 가교 역할(bridge)을 한다. 이는 이 지점에서의 파열 방전(disruptive discharge) 및 커패시터 뱅크(7)로부터의 매우 높은 전류로 이어진다. 전류는 금속 증기 또는 연료를 가열하여서, 연료가 이온화되어 두 전극(1, 2) 사이의 방전 공간 내의 핀치 플라즈마(a pinch plasma; 8)에서 원하는 EUV-방사선을 방출할 정도의 고온이 되게한다.

주석보다 적은 질량수를 갖는 화학 원소로 이루어진 가스(11)를, 전극(1)의 표면 상의 얇은 액상 주석 막에 공급하기 위한 작은 노즐(10)이 제1 전극(1)에 근접하여 배열된다. 본 예시에서는, 공급되는 가스가 산소인데, 이 산소는 전극 휠 상의 주석을 산화시켜서 결국 핀치가 된다(ends up in the pinch). 이런 방식으로, 램프의 총 산소 하중(load)이 작아서 산화 주석은 전극 상에서만 생성된다. 비록 본 예시에서는 단 하나의 노즐(10)만이 도시되었지만, 두번째 노즐 또는 심지어 더 많은 노즐들이 동일한 방식으로 제1 및 제2 전극(1, 2)에 근접하여 배치할 수 있다. 램프의 다른 구성요소에까지 산소가 확산되는 것을 방지하기 위해, 노즐(10)은 전극 휠의 표면에 매우 근접하여, 예를 들면, 10mm 이하의 거리를 두고 배치된다.

동작 중에 소량의 산소를 추가하면 이 램프의 전환 효율이 2.0%에서 2.3%로 증가되는 것으로 제1 실험에서 나타났다.

참조부호 목록

1 제1 전극

2 제2 전극

3 회전축

4 제1 용기

5 제2 용기

6 주석 용융물

7 커패시터 뱅크

8 핀치 플라즈마

9 레이저 펄스

10 가스 노즐

11 가스

Claims (10)

1. EUV(extreme ultraviolet) 방사선 및 연질(soft) X-선 중 적어도 하나를 방출하는 방전 플라즈마(8)가 방전 공간 내의 기화된 액상 재료에 의해 형성된 가스 매질에서 생성되며, 상기 방전 공간은 2개의 전극들(1, 2) 사이에 배치되고, 상기 액상 재료는 상기 방전 공간 내의 표면 상에 제공되며 에너지 빔(9)에 의해 적어도 부분적으로 기화되는, EUV 램프 및 연질 X-선 램프 중 적어도 하나의 전환 효율을 증가시키는 방법으로서,

   상기 방전 공간 내의 상기 기화된 액상 재료의 밀도를 감소시키기 위해, 상기 액상 재료의 화학 원소들보다 더 낮은 질량수를 갖는 화학 원소들로 이루어진 가스(11)가 적어도 하나의 노즐(10)을 통해 상기 방전 공간 및 상기 방전 공간으로의 공급 경로 상의 상기 액상 재료 중 적어도 하나에 지향된 방식으로 국소적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 빔(9)은 레이저 빔이고, 상기 액상 재료는 상기 레이저 빔의 적어도 하나의 레이저 펄스에 의해 기화되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 액상 재료는 금속 용융물인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 금속 용융물은 주석 용융물인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 가스(11)는 산소인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액상 재료는 적어도 하나의 회전 휠에 의해 상기 방전 공간에 공급되고, 상기 적어도 하나의 노즐(10)은 상기 가스(11)를 상기 액상 재료로 피복된 상기 휠의 표면에 지향된 방식으로 공급하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 전기적으로 동작되는 방전에 의해 EUV 방사선 및 연질 X-선 중 적어도 하나를 생성하는 장치로서,

   적어도 두개의 전극(1, 2) - 상기 전극들(1, 2)은, 상기 전극들(1, 2) 사이에 배치된 방전 공간 내의 가스 매질에서 플라즈마(8)의 생성을 허용할 만큼의 거리를 두고 배열됨 -,

   상기 방전 공간 내의 표면에 액상 재료를 도포하기 위한 디바이스, 및

   에너지 빔(9)을 상기 표면 상으로 향하게 하여, 도포된 상기 액상 재료를 적어도 부분적으로 기화시켜, 상기 가스 매질을 생성하도록 되어 있는 에너지 빔 디바이스

   를 포함하고,

   상기 방전 공간 내의 기화된 상기 액상 재료의 밀도를 감소시키기 위해, 가스(11)가 상기 방전 공간 및 상기 방전 공간으로의 공급 경로 상의 상기 액상 재료 중 적어도 하나에 지향된 방식으로 국소적으로 공급되도록, 상기 가스(11)를 공급하기 위한 적어도 하나의 노즐(10)이 상기 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 액상 재료를 도포하기 위한 디바이스는 상기 전극들(1, 2)의 표면에 상기 액상 재료를 도포하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 전극들(1, 2)은 동작 중에 회전할 수 있는 회전가능한 휠들로서 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 전극들(1, 2)은, 회전 중에, 상기 액상 재료를 담고 있는 용기들(4, 5)에 잠기는 것을 특징으로 하는 장치.

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