KR101542333B1 - 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치 - Google Patents

다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에 관한 것으로, 버퍼챔버의 역할을 하는 보조 가스셀을 주 가스셀 옆에 추가하여 진공챔버 내에 가스가 직접 유출되는 것을 막아서 가스의 확산 속도를 늦추어, 고진공을 유지할 수 있게 함으로써 보다 고출력의 연속적인 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 빔을 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치{APPARATUS FOR EXTREME ULTRA-VIOLET BEAM GENERATION USING MULTI-GAS CELL MODULE}
본 발명은 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버퍼챔버의 역할을 하는 보조 가스셀을 주 가스셀 옆에 추가하여 진공챔버 내에 가스가 직접 유출되는 것을 막아서 가스의 확산 속도를 늦추어, 고진공을 유지할 수 있게 함으로써 보다 고출력의 연속적인 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 빔을 생성할 수 있도록 한 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로, 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 빔, 예컨대, 약 13.5nm 파장의 광을 포함하여, 약 50nm 이하의 파장을 가지는 전자기 방사선(소프트 X-레이라고도 함)은 기판, 예컨대, 실리콘 웨이퍼에 초소형 피치(pitch)를 형성하기 위한 포토리소그래피 공정에서 사용될 수 있다.
즉, 극자외선(EUV) 및 X선은 가시광보다 파장이 짧은 영역으로, 빛을 이용한 정밀 측정에서 파장의 크기에 제한되는 회절한계에 의한 측정 분해능을 향상시킬 수 있으며, X선 영역까지 확장을 함으로써 좋은 투과 특성을 이용하여 생명공학과 관련된 미세 측정이나 비파괴 검사에 활용할 수 있다.
특히, 이와 동시에 가간섭성이 좋은 광원을 생성할 수 있다면 빛의 간섭 및 회절 현상을 이용한 다양한 응용이 가능하다. 그리고, 입사되는 펨토초 레이저의 반복률을 유지시킬 수 있기 때문에 극자외선(EUV) 및 X선 영역에서의 정밀 분광학이나 주파수 표준 측정 등에 사용할 수 있다.
이러한 극자외선(EUV) 및 X선을 생성하는 여러 방법 중의 하나가 가속기(synchrotron)를 이용하는 방법이다. 가속기를 통한 극자외선(EUV) 및 X선 생성의 경우 큰 광량 및 좋은 질의 빛을 얻을 수 있으며, 동시에 다양한 여러 파장대역을 얻을 수 있는 장점은 있으나, 시설 자체의 크기가 아주 방대하고 고가의 시설이므로 실험실 단계에서는 간단히 구성할 수 없는 문제점이 있다.
이를 극복하는 방법으로 최근에는 펨토초 레이저를 이용한 고차 조화파 생성(High-order Harmonic Generation, HHG) 방법이 제안되어 비교적 작은 실험장치로써 가간섭성 극자외선(EUV) 및 소프트 X선(soft X-ray)을 생성할 수 있게 되었다.
상기 고차 조화파 생성(HHG)은 예컨대, Ar, Ne, Xe 등의 비활성 기체에 높은 시변 전기장을 가함으로써 전자가 이온화되어 궤적에 따라 운동하게 되고 다시 재결합함으로써, 이온화 에너지와 전자의 운동 에너지의 합에 해당하는 에너지가 극자외선(EUV) 및 X선 대역의 빛으로 발생하게 된다.
이러한 고차 조화파 생성(HHG)을 위해서 종래에는 비활성 가스를 가스셀(Gascell) 안에 주입하고 사용된 비활성 가스는 자연적으로 가스셀 밖으로 나오게 설계되거나 만들어져 왔다.
그러나, 이러한 종래 기술은 가스셀 밖으로 나오는 비활성 가스를 진공 챔버 내에 바로 배출하는데 이는 진공 챔버 내의 환경을 오염시키거나, 진공 챔버 내부의 진공도를 떨어트리는 단점이 있다. 특히 발생된 극자외선(EUV) 빔이 진공 챔버 내부에 누출된 비활성 가스에 의해 흡수됨으로써 극자외선(EUV) 빔의 출력을 감소시키는 심각한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 동출원인에 의해 국내출원되어 등록된 국내등록특허 제10-1349898호(극자외선 빔을 생성하기 위한 모듈)에서는 진공 챔버 내에서 레이저 빔과 비활성 가스의 상호 작용에 의해 고차 조화파(High-order Harmonic)인 극자외선(EUV) 빔을 생성하기 위한 모듈을 제시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술은 단일 가스셀 모듈로서, 진공 상태에서 가스를 주입하고 여기에 레이저를 지나가게 하여 이때 발생하는 극자외선(EUV) 빔을 측정해야 하는데, 주입되는 가스로 인하여 진공상태가 유지되기 어려울 뿐만 아니라 진공 챔버 내부에 주입된 가스의 순간적인 확산으로 진공도를 유지시킬 수 있는 가스량 컨트롤이 어려우며, 이에 따라 진공도 유지가 어려우므로 오랜 시간동안 극자외선(EUV) 빔의 연속적인 발생이 불가능한 문제점이 있다.
국내특허등록 제10-1349898호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 버퍼챔버의 역할을 하는 보조 가스셀을 주 가스셀 옆에 추가하여 진공챔버 내에 가스가 직접 유출되는 것을 막아서 가스의 확산 속도를 늦추어, 고진공을 유지할 수 있게 함으로써 보다 고출력의 연속적인 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 빔을 생성할 수 있도록 한 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 극자외선(EUV)을 생성하기 위한 진공 챔버 내에 배치되며, 전체적인 몸체를 이루는 주 하우징과, 상기 진공 챔버의 내부에 구비된 복수의 광학부재들을 통해 전달된 레이저 빔이 입사되어 통과되도록 상기 주 하우징의 제1 측면에 형성되는 레이저 입사통로부와, 상기 레이저 입사통로부를 통해 입사된 레이저 빔과 외부의 비활성 가스가 상호 작용하여 생성되는 극자외선 빔이 상기 주 하우징의 제2 측면으로 출사되도록 상기 레이저 입사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 주 하우징의 제2 측면에 형성되는 극자외선 출사통로부와, 상기 레이저 입사통로부 또는 상기 극자외선 출사통로부에 외부의 비활성 가스가 공급되도록 상기 레이저 입사통로부 또는 상기 극자외선 출사통로부와 연통되게 상기 주 하우징의 제3 측면에 형성되는 가스 공급유로부로 이루어진 주 가스셀 모듈; 상기 주 가스셀 모듈의 제1 측면에 결합되며, 전체적인 몸체를 이루는 제1 보조 하우징과, 상기 레이저 빔이 입사되어 상기 레이저 입사통로부로 전달되도록 상기 레이저 입사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 제1 보조 하우징의 제1 측면에 형성되는 레이저 입사연장통로부와, 상기 레이저 입사통로부에 공급된 비활성 가스가 상기 레이저 입사연장통로부을 통해 상기 진공 챔버의 외부로 배출되도록 상기 레이저 입사연장통로부와 연통되게 상기 제1 보조 하우징의 제2 측면에 형성되는 제1 가스 배출유로부로 이루어진 제1 보조 가스셀 모듈; 및 상기 주 가스셀 모듈의 제2 측면에 결합되며, 전체적인 몸체를 이루는 제2 보조 하우징과, 상기 극자외선 출사통로부로부터 전달된 극자외선 빔이 상기 진공 챔버 내로 출사되도록 상기 극자외선 출사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 제2 보조 하우징의 제1 측면에 형성되는 극자외선 출사연장통로부와, 상기 극자외선 출사통로부에 공급된 비활성 가스가 상기 극자외선 출사연장통로부을 통해 상기 진공 챔버의 외부로 배출되도록 상기 극자외선 출사연장통로부와 연통되게 상기 제2 보조 하우징의 제2 측면에 형성되는 제2 가스 배출유로부로 이루어진 제2 보조 가스셀 모듈을 포함하되, 상기 가스 공급유로부의 말단에 연결된 가스 공급포트와 가스 공급관을 통해 상기 진공 챔버의 외측으로부터 비활성 가스가 상기 가스 공급유로부로 공급되며, 상기 제1 및 제2 가스 배출유로부의 말단에 각각 연결된 제1 및 제2 가스 배출포트와 제1 및 제2 가스 배출관을 통해 상기 진공 챔버의 외측으로 비활성 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 제공하는 것이다.
여기서, 적어도 2개의 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈이 상기 주 가스셀 모듈의 제1 및 제2 측면에 각각 연장되도록 결합됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 가스 공급포트, 상기 가스 공급관 또는 이들 사이 중 어느 한 부분에 상기 레이저 빔의 세기에 따라 비활성 가스의 압력 및 유량을 제어하는 압력제어장치가 더 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 가스 배출포트, 상기 제1 및 제2 가스 배출관 또는 이들 각각의 사이 중 어느 한 부분에 조리개 원리를 이용하여 비활성 가스의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브가 더 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 주 가스셀 모듈의 레이저 입사통로부와 극자외선 출사통로부, 상기 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈의 레이저 입사연장통로부 및 극자외선 출사연장통로부의 직경은 상기 주 가스셀 모듈의 가스 공급유로부와 상기 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈의 제1 및 제2 가스 배출유로부의 직경보다 작게 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 비활성 가스는 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar) 중 적어도 어느 한 가스로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 적어도 2개의 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈 사이 및 외곽에 삽입 및 부착할 수 있는 보조 하우징이 존재하며 필요에 따라 레이저 입사통로부, 레이저 입사연장통로부 및 극자외선 툴사연장통로부의 직경보다 작거나 동일한 구멍의 직경을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에 따르면, 버퍼챔버의 역할을 하는 보조 가스셀을 주 가스셀 옆에 추가하여 진공챔버 내에 가스가 직접 유출되는 것을 막아서 가스의 확산 속도를 늦추어, 고진공을 유지할 수 있게 함으로써 보다 고출력의 연속적인 극자외선(Extreme Ultra-Violet, EUV) 빔을 생성할 수 있으며, 진공도 유지를 위한 가스량 컨트롤이 상대적으로 쉬운 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 포함한 시스템을 개략적으로 나타낸 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 나타낸 일부 절개한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치의 동작을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 포함한 시스템에서 실제 가스 유량에 따라 측정된 진공도 및 가스주입압력을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 포함한 시스템을 개략적으로 나타낸 전체적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 나타낸 일부 절개한 측단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치의 동작을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치를 포함하는 극자외선(EUV) 생성 시스템은, 크게 레이저 빔 발생부(1000), 진공 챔버(2000), 복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c) 및 극자외선 빔 생성장치(4000) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 레이저 빔 발생부(1000)는 약 1011 W/㎠의 광 강도를 출력하는 레이저 발진기로써 본 발명의 일 실시예에 따른 고차 조화파 생성(HHG)을 위한 광원으로 펨토초 레이저를 출력한다.
본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로 레이저 빔 발생부(1000)는 35 펨토초 펄스폭을 갖는 것으로, 레이저 이득 매질로는 티타늄 사파이어(Ti:s)를 사용한 레이저 발진기를 통해 펨토초 레이저를 출력한다. 이러한 펨토초 레이저의 펄스폭, 파장 등의 조건은 사용목적이나 환경에 따라 광섬유 기반의 펨토초 레이저 등의 다양한 실시예로 변경 가능함은 물론이다.
또한, 레이저 빔 발생부(1000)에 발생되는 펨토초 레이저는 1 kHz이상의 레이저 반복률을 가지며, 최대 펄스당 에너지가 수 mJ인 펨토초 레이저이다.
진공 챔버(2000)는 그 내부 환경을 진공 상태로 유지하기 위한 챔버(Chamber)로서, 극자외선 빔이 통과하는 챔버 내의 압력은 약 1O-5 Torr 이하가 바람직하고, 또한 산소 및 수분의 분압이 가능한 한 낮은 것이 바람직하다.
한편, 레이저 빔 발생부(1000)를 제외한 거의 모든 환경이 진공 챔버(2000) 내에서 이루어짐이 바람직하다. 즉, 극자외선 광원은 대기 중에 모두 흡수되기 때문에 진공 챔버(2000) 내에서 이루어져야 하며, 극자외선 광원이 발생되면 발생된 극자외선 광원의 특성분석도 진공 챔버(2000) 내에서 이루어져야 한다.
복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c)은 진공 챔버(2000)의 내부에 배치되어 있으며, 레이저 빔 발생부(1000)로부터 발생되는 고출력 레이저 빔을 적절히 전달하기 위한 것으로, 예컨대, 레이저 빔 발생부(1000)로부터 발생된 레이저 빔이 예컨대, 오목 거울(Concave mirror)로 이루어진 제1 광학부재(3000a)로 향하게 되고, 제1 광학부재(3000a)를 통해 집광된 빔이 제2 및 제3 광학부재(3000b 및 3000c)로부터 반사되어 극자외선 빔 생성장치(4000)로 전달하게 된다. 이러한 복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c)은 당업자라면 설계에 따라 개수와 배치가 다양하게 변경가능하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 빔 생성장치(4000)는 약 13.65nm 내지 6.75nm 파장대역의 극자외선 광원을 만드는데 필요한 비활성 가스를 주입하고 비활성 가스를 모아 일정한 압력을 유지해주는 기능을 수행한다.
이러한 극자외선 빔 생성장치(4000)는 극자외선 빔을 생성하기 위한 진공 챔버(2000) 내에 배치되어 있으며, 크게 주 가스셀 모듈(4100)과 적어도 하나의 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 주 가스셀 모듈(4100)은 전체적인 몸체를 이루는 예컨대, 원판 형태의 주 하우징(4110)을 포함한다.
이러한 주 하우징(4110)의 제1 측면에는 진공 챔버(2000)의 내부에 구비된 복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c)을 통해 전달된 레이저 빔이 입사되어 통과될 수 있도록 레이저 입사통로부(4111)가 형성되어 있다.
또한, 주 하우징(4110)의 제2 측면에는 레이저 입사통로부(4111)를 통해 입사된 레이저 빔과 외부의 비활성 가스(예컨대, He, Ne, Ar 등)가 상호 작용하여 생성되는 극자외선 빔이 주 하우징(4110)의 제2 측면으로 출사되도록 레이저 입사통로부(4111)와 동축선 상으로 연통되게 극자외선 출사통로부(4112)가 형성되어 있다.
또한, 주 하우징(4110)의 제3 측면에는 레이저 입사통로부(4111) 및/또는 극자외선 출사통로부(4112)에 외부의 비활성 가스가 공급되도록 레이저 입사통로부(4111) 및/또는 극자외선 출사통로부(4112)(바람직하게, 레이저 입사통로부와 극자외선 출사통로부의 연결부분)와 연통되게 가스 공급유로부(4113)가 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 주 하우징(4110)이 예컨대, 원판 형태로 이루어질 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 주 하우징(4110)의 제1 및 제2 측면은 정면과 배면에 해당될 수 있으며, 주 하우징(4110)의 제3 측면은 외주 측면에 해당될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 주 하우징(4110)이 원판 형태로 이루어졌지만, 이에 국한하지 않으며, 복수의 면을 가진 형태라면 어느 것이든 상관없다.
그리고, 제1 보조 가스셀 모듈(4200a)은 버퍼(buffer)셀의 역할을 수행하는 모듈로서, 주 가스셀 모듈(4100)에 구비된 주 하우징(4110)의 제1 측면에 결합되어 있으며, 전체적인 몸체를 이루는 예컨대, 원판 형태의 제1 보조 하우징(4210a)을 포함한다.
이러한 제1 보조 하우징(4210a)의 제1 측면에는 진공 챔버(2000)의 내부에 구비된 복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c)을 통해 전달된 레이저 빔이 입사되어 주 하우징(4110)의 레이저 입사통로부(4111)로 전달되도록 레이저 입사통로부(4111)와 동축선 상으로 연통되게 레이저 입사연장통로부(4211a)가 형성되어 있다.
또한, 제1 보조 하우징(4210a)의 제2 측면에는 레이저 입사통로부(4111)에 공급된 비활성 가스가 레이저 입사연장통로부(4211a)를 통해 진공 챔버(2000)의 외부로 배출될 수 있도록 레이저 입사연장통로부(4211a)와 연통되게 제1 가스 배출유로부(4212a)가 형성되어 있다.
그리고, 제2 보조 가스셀 모듈(4200b)은 버퍼(buffer)셀의 역할을 수행하는 모듈로서, 주 가스셀 모듈(4100)에 구비된 주 하우징(4110)의 제2 측면에 결합되어 있으며, 전체적인 몸체를 이루는 예컨대, 원판 형태의 제2 보조 하우징(4210b)을 포함한다.
이러한 제2 보조 하우징(4210b)의 제1 측면에는 주 하우징(4110)의 극자외선 출사통로부(4112)로부터 전달된 극자외선 빔이 진공 챔버(2000) 내로 출사되도록 주 하우징(4110)의 극자외선 출사통로부(4112)와 동축선 상으로 연통되게 극자외선 출사연장통로부(4211b)가 형성되어 있다.
또한, 제2 보조 하우징(4210b)의 제2 측면에는 극자외선 출사통로부(4112)에 공급된 비활성 가스가 극자외선 출사연장통로부(4211b)를 통해 진공 챔버(2000)의 외부로 배출될 수 있도록 극자외선 출사연장통로부(4211b)와 연통되게 제2 가스 배출유로부(4212b)가 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)은 주 가스셀 모듈(4100)의 제1 및 제2 측면에 적어도 2개 이상이 각각 연장되도록 결합됨이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)이 예컨대, 원판 형태로 이루어질 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)의 제1 측면은 정면과 배면에 해당될 수 있으며, 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)의 제2 측면은 외주 측면에 해당될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)이 원판 형태로 이루어졌지만, 이에 국한하지 않으며, 복수의 면을 가진 형태라면 어느 것이든 상관없다.
다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 주 하우징(4110)과 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)의 사이는 통상의 고정수단(예컨대, 접착제, 접착테이프, 나사 등)(C)을 통해 고정 결합됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 통상의 금속 또는 플라스틱 재질의 연결 플레이트(connecting plate) 등을 사용하여 고정 결합할 수도 있다. 또한, 제1 및 제2 보조 하우징(4210a 및 4210b)에서 구멍의 직경은 레이저 입사통로부(4111), 레이저 입사연장통로부(4211a) 및 극자외선 출사연장통로부(4211b)의 직경보다 작거나 같을 수 있다.
그리고, 가스 공급유로부(4113)의 말단에 연결된 가스 공급포트(4113-1)와 가스 공급관(4113-2)을 통해 진공 챔버(2000)의 외측으로부터 비활성 가스가 가스 공급유로부(4113)로 공급될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 제1 및 제2 가스 배출유로부(4212a 및 4212b)의 말단에 각각 연결된 제1 및 제2 가스 배출포트(4212a-1 및 4212b-1)와 제1 및 제2 가스 배출관(4212a-2 및 4212b-2)을 통해 진공 챔버(2000)의 외측으로 비활성 가스가 배출될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
한편, 가스 공급포트(4113-1), 제1 및 제2 가스 배출포트(4212a-1 및 4212b-1)는 가스 공급관(4113-2), 제1 및 제2 가스 배출관(4212a-2 및 4212b-2)과 각각 연결할 수 있는 통상의 규격화된 1/8" 탭(Tab)으로 구현됨이 바람직하며, 가스 공급관(4113-2), 제1 및 제2 가스 배출관(4212a-2 및 4212b-2)은 통상의 금속관 또는 튜브관 등으로 구현됨이 바람직하다.
추가적으로, 비활성 가스가 극자외선 빔 생성장치(4000)로 들어가는 부분 예컨대, 가스 공급유로부(4113)에 연결된 가스 공급포트(4113-1), 가스 공급관(4113-2) 또는 이들 사이 중 어느 한 부분에 레이저 빔 발생부(1000)로부터 발생된 레이저 빔의 세기에 따라 비활성 가스의 압력 및 유량을 제어하는 압력제어장치(4300)가 더 구비될 수 있다.
이러한 압력제어장치(4300)는 극자외선 빔 생성장치(4000) 내부의 기체의 압력을 조절하는 장치로서, 비활성 가스가 극자외선 빔 생성장치(4000)에 주입되는 양을 수치적으로 제어하는 기능을 수행한다.
더욱이, 비활성 가스가 극자외선 빔 생성장치(4000)로 빠져나오는 부분 예컨대, 제1 및 제2 가스 배출포트(4212a-1 및 4212b-1), 제1 및 제2 가스 배출관(4212a-2 및 4212b-2) 또는 이들 각각의 사이 중 어느 한 부분에 조리개 원리를 이용하여 비활성 가스의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(4400)가 더 구비될 수 있다.
이러한 압력조절밸브(4400)는 관의 내부 또는 관의 말단부에 부착하여 관을 따라 흐르는 기체의 유량 또는 유압을 가변적으로 조절할 수 있는 밸브로서, 초기에 스프링의 탄성력에 의해 일정한 크기로 열려 있던 조리개판들을 수축 또는 이완시켜 유로의 단면적을 조절하도록 구현할 수 있는 바, 예컨대, 밸브의 개구면적을 조절하여 관을 따라 흐르는 기체의 유량과 유압을 능동적으로 제어하는 능동제어형 조리개식 가변밸브 또는 관을 따라 흐르는 기체가 조리개면에 미치는 압력의 크기에 따라 밸브의 개구면적이 수동적으로 변동하는 반능동제어형 조리개식 가변밸브 등으로 구현할 수 있다.
한편, 주 가스셀 모듈(4100)의 레이저 입사통로부(4111)와 극자외선 출사통로부(4112), 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)의 레이저 입사연장통로부(4211a) 및 극자외선 출사연장통로부(4211b)의 직경은, 주 가스셀 모듈(4100)의 가스 공급유로부(4113)와 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)의 제1 및 제2 가스 배출유로부(4212a 및 4212b)의 직경(바람직하게, 약 2mm 정도)보다 작게 이루어짐으로써, 극자외선 빔 생성장치(4000) 내부의 비활성 가스가 레이저 입사통로부(4111), 레이저 입사연장통로부(4211a), 극자외선 출사통로부(4112) 및 극자외선 출사연장통로부(4211b)로 배출되는 것을 최소화하여 진공 챔버(2000) 내부의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 비활성 가스는 예컨대, 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar) 중 적어도 어느 한 가스로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar) 외에도 다양한 비활성 가스로 사용할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 빔 생성장치(4000)을 통한 고차 조화파 생성(HHG)은 예컨대, 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar)을 포함하는 비활성 가스 혹은 그 혼합가스에 높은 시변 전기장을 가함으로써 전자가 이온화되어 궤적에 따라 운동하게 되고 다시 재결합함으로써, 이온화 에너지와 전자의 운동 에너지의 합에 해당하는 에너지가 극자외선(EUV) 빔으로 발생하게 된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 극자외선 빔 생성장치(4000)를 사용해서 고차 조화파인 극자외선(EUV)을 발생시키는 광원을 얻는다. 레이저 빔 발생부(1000)에서 레이저 빔이 방출되고, 진공 챔버(2000) 내에 구비된 복수의 광학부재들(3000a 내지 3000c)을 통해 상기 레이저 빔의 에너지, 빔의 크기와 처프 등을 조절하여 비활성 가스가 채워져 있는 극자외선 빔 생성장치(4000)의 주 하우징(4110)의 레이저 입사통로부(4111) 및 제1 보조 하우징(4210a)의 레이저 입사연장통로부(4211a)에 집속시킨다.
극자외선 빔 생성장치(4000)의 주 하우징(4110) 및 제1 보조 하우징(4210a)에 집속되어 있는 비활성 가스의 원자에 상기 펨토초 레이저 빔을 입사시키면, 레이저의 강한 전기장에 의해 주 하우징(4110) 및 제1 보조 하우징(4210a)에 담겨져 있는 비활성 가스의 원자 속에 전자가 터널링 효과(tunneling effect)에 의해 원자에서 튀어나오고 이온화하게 된다.
이렇게 이온화 된 전자는 더 이상 원자에 의한 영향을 받지 않고, 가해지는 레이저의 강한 전기장에 의해 가속되고, 가속되면서 운동에너지를 가지게 된다. 이후 레이저의 전기장이 바뀌면서 전자는 다시 원자와 결합하게 된다.
이때, 레이저에 의해 얻은 운동에너지와 원자와 전자의 재결합에 의해 발생되는 이온화 에너지의 합에 해당하는 에너지가 빛으로 방출되고, 이는 극자외선(EUV) 광원이 된다. 그리고, 발생된 극자외선(EUV) 빔은 대기 중의 불순물에 의해 흡수되고 사라지게 되므로, 진공 환경 즉, 진공 챔버(2000) 내에서 이루어져야 한다.
즉, 이 모든 과정이 진공 챔버(2000) 내부에서 진공도가 유지되어야 극자외선(EUV) 빔의 흡수가 일어나지 않기 때문에 진공도를 유지해주는 역할을 해주는 것이 가장 중요하며, 이를 위해 가스의 진공 챔버(2000) 내로 가스의 급격한 확산을 완화시켜주는 버퍼(buffer)셀인 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)이 구비된다.
한편, 종래의 단일 가스셀 모듈에서는 진공도 유지(예컨대, 10-4∼10-5 Torr)가 불가능하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에서는 진공도 유지가 가능하다.
그리고, 종래의 단일 가스셀 모듈에서는 진공도 유지 시간이 약 0.5초 이하이지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에서는 펌프(Pump) 작동 시 영구적이다.
또한, 종래의 단일 가스셀 모듈에서는 가스 압력(유량) 조절의 적용 가능성이 불가능하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에서는 가능하다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 다중 가스셀 모듈을 이용하면 가스 유량을 조절하여 가스 주입이 가능하며, 높은 가스 유량 및 가스 주입 압력에서도 진공도가 잘 유지(수 10-4 Torr 이하)되어 연속적인 극자외선 빔을 생성하기에 좋다. 이 때, 주 가스셀 모듈(4100)과 제 1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)의 레이저 입사연장통로부(4211a) 직경은 2 mm 이고, 주 가스셀 모듈(4100)의 길이는 10 mm, 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈(4200a 및 4200b)의 길이는 12 mm 이다.
또한, 연속적인 극자외선(EUV) 빔을 생성하기 위해서는 지속적인 가스의 주입과 진공도 유지(수 10-4 Torr 이하)가 필요하다. 종래의 단일 가스셀 모듈을 적용했을 때 연속적인 극자외선(EUV) 빔을 생성하는 것이 불가능하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치가 극자외선 레이저 소스(EUV laser source)에 적합하다.
전술한 본 발명에 따른 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
1000 : 레이저 빔 발생부,
2000 : 진공 챔버,
3000a 내지 3000c : 광학부재들,
4000 : 극자외선 빔 생성장치,
4100 : 주 가스셀 모듈,
4200a 및 4200b : 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈,
4300 : 압력제어장치,
4400 : 압력조절밸브

Claims (7)

  1. 극자외선(EUV)을 생성하기 위한 진공 챔버 내에 배치되며, 전체적인 몸체를 이루는 주 하우징과, 상기 진공 챔버의 내부에 구비된 복수의 광학부재들을 통해 전달된 레이저 빔이 입사되어 통과되도록 상기 주 하우징의 제1 측면에 형성되는 레이저 입사통로부와, 상기 레이저 입사통로부를 통해 입사된 레이저 빔과 외부의 비활성 가스가 상호 작용하여 생성되는 극자외선 빔이 상기 주 하우징의 제2 측면으로 출사되도록 상기 레이저 입사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 주 하우징의 제2 측면에 형성되는 극자외선 출사통로부와, 상기 레이저 입사통로부 또는 상기 극자외선 출사통로부에 외부의 비활성 가스가 공급되도록 상기 레이저 입사통로부 또는 상기 극자외선 출사통로부와 연통되게 상기 주 하우징의 제3 측면에 형성되는 가스 공급유로부로 이루어진 주 가스셀 모듈;
    상기 주 가스셀 모듈의 제1 측면에 결합되며, 전체적인 몸체를 이루는 제1 보조 하우징과, 상기 레이저 빔이 입사되어 상기 레이저 입사통로부로 전달되도록 상기 레이저 입사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 제1 보조 하우징의 제1 측면에 형성되는 레이저 입사연장통로부와, 상기 레이저 입사통로부에 공급된 비활성 가스가 상기 레이저 입사연장통로부를 통해 상기 진공 챔버의 외부로 배출되도록 상기 레이저 입사연장통로부와 연통되게 상기 제1 보조 하우징의 제2 측면에 형성되는 제1 가스 배출유로부로 이루어진 제1 보조 가스셀 모듈; 및
    상기 주 가스셀 모듈의 제2 측면에 결합되며, 전체적인 몸체를 이루는 제2 보조 하우징과, 상기 극자외선 출사통로부로부터 전달된 극자외선 빔이 상기 진공 챔버 내로 출사되도록 상기 극자외선 출사통로부와 동축선 상으로 연통되게 상기 제2 보조 하우징의 제1 측면에 형성되는 극자외선 출사연장통로부와, 상기 극자외선 출사통로부에 공급된 비활성 가스가 상기 극자외선 출사연장통로부을 통해 상기 진공 챔버의 외부로 배출되도록 상기 극자외선 출사연장통로부와 연통되게 상기 제2 보조 하우징의 제2 측면에 형성되는 제2 가스 배출유로부로 이루어진 제2 보조 가스셀 모듈을 포함하되,
    상기 가스 공급유로부의 말단에 연결된 가스 공급포트와 가스 공급관을 통해 상기 진공 챔버의 외측으로부터 비활성 가스가 상기 가스 공급유로부로 공급되며, 상기 제1 및 제2 가스 배출유로부의 말단에 각각 연결된 제1 및 제2 가스 배출포트와 제1 및 제2 가스 배출관을 통해 상기 진공 챔버의 외측으로 비활성 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 2개의 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈이 상기 주 가스셀 모듈의 제1 및 제2 측면에 각각 연장되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 공급포트, 상기 가스 공급관 또는 이들 사이 중 어느 한 부분에 상기 레이저 빔의 세기에 따라 비활성 가스의 압력 및 유량을 제어하는 압력제어장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가스 배출포트, 상기 제1 및 제2 가스 배출관 또는 이들 각각의 사이 중 어느 한 부분에 조리개 원리를 이용하여 비활성 가스의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 주 가스셀 모듈의 레이저 입사통로부와 극자외선 출사통로부, 상기 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈의 레이저 입사연장통로부 및 극자외선 출사연장통로부의 직경은 상기 주 가스셀 모듈의 가스 공급유로부와 상기 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈의 제1 및 제2 가스 배출유로부의 직경보다 작게 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 비활성 가스는 헬륨(He), 네온(Ne) 또는 아르곤(Ar) 중 적어도 하나의 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    적어도 2개의 제1 및 제2 보조 가스셀 모듈 사이 및 외곽에 삽입 및 부착할 수 있는 보조 하우징이 존재하며, 상기 보조 하우징은 레이저 입사통로부, 레이저 입사연장통로부 및 극자외선 출사연장통로부의 직경보다 작거나 동일한 구멍의 직경을 가진 것을 특징으로 하는 다중 가스셀 모듈을 이용한 극자외선 빔 생성장치.
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