KR102244638B1 - Extreme ultraviolet ray generator using high harmonic wave with improved pollution prevention performance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치는, 펨토초 레이저를 출력하는 펨토초 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스공급로로부터 가스를 공급받아 레이저와 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀을 수용하는 것으로, 일정 진공도를 유지하는 진공챔버, 상기 가스공급로로 플라즈마를 유도하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 플라즈마 유도로의 양측에 구비되어 플라즈마 유도로의 진공도를 유지시키기 위한 배기로를 통해 진공도를 형성하기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 극자외선 발생장치에 있어서, 상기 극자외선 발생장치는, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저빔을 전달하는 광학계를 구성하는 원도우와 반사미러, 집속미러 각각에 선단에 위치하여 노즐부를 통해 상기 광학계의 전면으로 가스를 분사시키는 가스블로워를 포함하여 구성되고, 상기 가스블로워는 외부에서 가스를 공급하는 가스공급부를 통해 가스를 주입받아 상기 노즐부를 통해 분사되도록 구성하여 가스가 분사될 때 레이저빔이 극자외선 생성을 위한 레이저빔이 출력되도록 구성된다.The present invention provides an extreme ultraviolet ray generator using a high-order harmonic with improved pollution prevention performance, a femtosecond laser source that outputs a femtosecond laser, and a plasma induction path corresponding to a section in which the laser output from the laser source is incident and focused. A gas cell that receives gas from a gas supply path and generates plasma by laser and gas to generate extreme ultraviolet rays, a vacuum chamber that holds the gas cell and maintains a certain degree of vacuum, and induces plasma to the gas supply path. In the extreme ultraviolet ray generator comprising a gas supply unit for supplying a gas for supplying a gas and a pump provided on both sides of the plasma induction furnace to form a vacuum degree through an exhaust passage for maintaining the vacuum degree of the plasma induction furnace, the The extreme ultraviolet ray generator includes a window constituting an optical system that transmits a laser beam output from the laser source, a reflective mirror, and a gas blower positioned at the tip of each of the focusing mirror to inject gas to the front of the optical system through a nozzle unit. The gas blower is configured to receive gas through a gas supply unit supplying gas from the outside and to be sprayed through the nozzle unit, so that when the gas is injected, the laser beam is configured to output a laser beam for generating extreme ultraviolet rays. .
Description
본 발명은 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 극자외선을 발생시키는 광학계로 구성되는 장치에서 레이저빔 집속에 따른 플라즈마 반응에 의해 식각 현상 발생과 이로부터 2차적 오염의 문제점을 해소하기 위한 극자외선 발생장치의 광학계 오염방지구조에 관한 것이다.The present invention relates to an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave with improved pollution prevention performance, and more particularly, in a device composed of an optical system that generates extreme ultraviolet rays, an etching phenomenon is generated by plasma reaction according to the focusing of a laser beam, and From this, it relates to an optical system pollution prevention structure of an extreme ultraviolet ray generator for solving the problem of secondary pollution.
반도체 집적 회로의 집적도가 증가함에 따라, 회로 패턴이 미세화되어 종래 사용되어 오던 가시광선이나 자외선을 사용한 노광 장치에서는 그 해상도가 부족해지고 있다. 반도체 제조공정에서 노광 장치의 해상도는 전사 광학계의 개구수(NA)에 비례하고, 노광에 사용하는 광의 파장에 반비례한다. 그 때문에 해상도를 높이는 한 시도로서, 가시광선이나 자외선광 대신 파장이 짧은 EUV(Extreme Ultraviolet) 광원을 노광 전사에 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 이러한 노광 전사 장치에 사용되는 EUV 광 발생 장치로서 적용 되고 있는 것이 레이저 플라즈마 EUV 광원과 방전 플라즈마 EUV 광원이 있다.As the degree of integration of semiconductor integrated circuits increases, circuit patterns become finer, and the resolution thereof is becoming insufficient in exposure apparatuses using visible or ultraviolet rays that have been conventionally used. In the semiconductor manufacturing process, the resolution of the exposure apparatus is proportional to the numerical aperture (NA) of the transfer optical system, and inversely proportional to the wavelength of light used for exposure. Therefore, as an attempt to increase the resolution, an attempt has been made to use an EUV (Extreme Ultraviolet) light source having a short wavelength instead of visible or ultraviolet light for exposure transfer. There are laser plasma EUV light sources and discharge plasma EUV light sources that are applied as EUV light generating devices used in such an exposure transfer device.
EUV 노광 장치에서 사용되는 파장은 파장 13.5㎚인 EUV 광원으로서, 레이저 플라즈마 광원의 타겟 물질로서 Ne가스 이용한 Ne 플라즈마를 이용하는 것이 널리 연구 개발되고 있으며, 그 이유는 비교적 높은 변환 효율(입력에너지에 대하여 얻어지는 EUV 광 강도의 비율)을 가지는 것이다. Ne은 상온에서 기체인 재료이기 때문에 비산입자(debris)의 문제가 발생하는 어려운 점에 있다. 그러나 고출력의 EUV 광원을 얻기 위해서는 타겟으로서 Ne가스를 사용하는 것은 한계가 있고, 다른 물질을 이용하는 것도 요망되고 있다.The wavelength used in the EUV exposure apparatus is an EUV light source with a wavelength of 13.5 nm, and the use of Ne plasma using Ne gas as a target material of the laser plasma light source is widely researched and developed, and the reason is relatively high conversion efficiency (obtained for input energy). EUV light intensity ratio). Since Ne is a gaseous material at room temperature, it is difficult to cause a problem of debris. However, in order to obtain a high-power EUV light source, there is a limit to the use of Ne gas as a target, and it is also desired to use other materials.
레이저 플라즈마 EUV 광원 발생 시 여기(勵起) 레이저가 흡수되거나, 플라즈마로부터 발생하는 13.5nm인 EUV 광 그 자체가 대기 또는 보통의 집광거울 등에 모두 흡수되기 때문에 생각하는 것처럼 EUV 광의 변환 효율을 높일 수 없다고 하는 문제점이 있다. 이에 EUV광의 효율을 높이기 위해서는 일정 압력 이하의 진공환경(< 10-3torr)이 필요하며 특수 물질로 코팅된 집광미러 및 렌즈 등을 이용해야 한다. 따라서, 이러한 조건을 적용하여 보다 효율적으로 레이저 플라즈마를 이용한 EUV 광 발생장치의 개발이 필요한 실정이였다.When the laser plasma EUV light source is generated, the excitation laser is absorbed, or the 13.5nm EUV light itself generated from the plasma is absorbed in the atmosphere or in an ordinary condensing mirror, so the conversion efficiency of EUV light cannot be improved as expected. There is a problem. Accordingly, in order to increase the efficiency of EUV light, a vacuum environment (< 10-3torr) under a certain pressure is required, and a condensing mirror and lens coated with a special material must be used. Therefore, it was necessary to develop an EUV light generating device using laser plasma more efficiently by applying these conditions.
도 1은 대한특허 등록특허 제10-1172622는 플라즈마를 이용한 안정화된 극자외선 발생장치에 관한 것으로, 그 구성을 살펴보면(부호 설명 생략), 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 가스를 공급받아 레이저와 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀을 수용하는 것으로, 일정 진공도를 유지하는 제 1진공챔버부, 상기 가스셀에서 발생된 극자외선을 입사받아 상기 극자외선을 외부로 출사시키기 위한 공간으로써 일정 진공도를 유지하는 제 2진공챔버부, 상기 가스셀의 가스 공급로로 상기 레이저와 플라즈마를 유도하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부 및 상기 제 1진공챔버부와 제 2진공챔버부의 진공도를 각각 형성하기 위한 제 1진공펌프와 제 2진공펌프를 포함하며, 상기 가스셀은 플라즈마 유도로의 진공도 유지와, 상기 가스 공급로를 통해 공급된 가스를 배기로를 통해 드레인하기 위한 가스셀 펌프와 가스 드레인부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.1 is a Korean Patent Registration No. 10-1172622 relates to a stabilized extreme ultraviolet ray generating device using plasma. Looking at the configuration (not shown), a laser source for outputting a laser, and a laser output from the laser source are described. A gas cell for generating extreme ultraviolet rays by receiving gas from a gas supply path for a plasma induction path corresponding to a section in which the incident is focused and generated by laser and gas, and the gas cell is accommodated, and has a certain degree of vacuum. A first vacuum chamber unit for maintaining a first vacuum chamber unit, a space for receiving extreme ultraviolet rays generated from the gas cell and emitting the extreme ultraviolet rays to the outside, and a second vacuum chamber unit maintaining a certain degree of vacuum, and a gas supply path of the gas cell. A gas supply unit for supplying a gas for inducing the laser and plasma, and a first vacuum pump and a second vacuum pump for respectively forming a degree of vacuum of the first and second vacuum chambers, and the gas cell A gas cell pump and a gas drain unit for maintaining a vacuum level of the plasma induction furnace and draining the gas supplied through the gas supply passage through the exhaust passage are further included.
이와 같은 기존의 극자외선 발생장치를 통해 반도체 산업에 이용되는 극자외선 발생을 위한 시스템이 개발되어 적용되어 왔으나, 고출력 레이저에 의한 가스셀 식각의 문제점이 발생하고 이때의 잔해들은 진공 중에 광학계에 점착하여 광학계의 오염을 발생시키고 결과적으로 극자외선 발생장치의 성능을 저해시키는 문제점이 발생하고 있다.A system for generating extreme ultraviolet rays used in the semiconductor industry has been developed and applied through such an existing extreme ultraviolet ray generator, but the problem of etching the gas cell by a high-power laser occurs, and the debris adheres to the optical system in a vacuum. There is a problem of causing contamination of the optical system and consequently impairing the performance of the extreme ultraviolet ray generating device.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 진공 챔버 내의 오염원 및 기타 부유물질과 레이저 열에너지가 반사/집속 미러 및 원도우 표면에서 반응하여 열화 되는 현상을 방지하기 위한 극자외선 발생장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is to provide a device for generating extreme ultraviolet rays to prevent deterioration of the contaminants and other suspended substances in the vacuum chamber and the laser thermal energy reacting on the reflective/focusing mirror and the window surface. have.
따라서, 본 발명은 챔버 내 부유물질의 열화현상을 방지시킴에 따라 결과적으로 광학계 오염 방지를 통해 광원의 출력저하 없이 높은 성능을 만족시킬 수 있는 극자외선 발생장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an extreme ultraviolet ray generating device capable of satisfying high performance without deteriorating the output of a light source through prevention of contamination of an optical system as a result of preventing deterioration of suspended substances in a chamber.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 펨토초 레이저를 출력하는 펨토초 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스공급로로부터 가스를 공급받아 레이저와 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀을 수용하는 것으로, 일정 진공도를 유지하는 진공챔버, 상기 가스공급로로 플라즈마를 유도하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 플라즈마 유도로의 양측에 구비되어 플라즈마 유도로의 진공도를 유지시키기 위한 배기로를 통해 진공도를 형성하기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 극자외선 발생장치에 있어서, 상기 극자외선 발생장치는, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저빔을 전달하는 광학계를 구성하는 원도우와 반사미러, 집속미러 각각에 선단에 위치하여 노즐부를 통해 상기 광학계의 전면으로 가스를 분사시키는 가스블로워를 포함하여 구성되고, 상기 가스블로워는 외부에서 가스를 공급하는 가스공급부를 통해 가스를 주입받아 상기 노즐부를 통해 분사되도록 구성하여 가스가 분사될 때 레이저빔이 극자외선 생성을 위한 레이저빔이 출력되도록 구성된다.The present invention for achieving the above object is a femtosecond laser source for outputting a femtosecond laser, gas from a gas supply path for a plasma induction path corresponding to a section in which the laser output from the laser source is incident and focused. A gas cell that receives and generates plasma by laser and gas to generate extreme ultraviolet rays, a vacuum chamber that holds the gas cell and maintains a certain degree of vacuum, and a gas that supplies gas to induce plasma to the gas supply path In an extreme ultraviolet ray generating device comprising a supply unit and a pump provided on both sides of the plasma induction furnace and configured to form a vacuum degree through an exhaust passage for maintaining the vacuum degree of the plasma induction furnace, the extreme ultraviolet ray generating device comprises: A window constituting an optical system that transmits a laser beam output from a laser source, a reflective mirror, and a gas blower positioned at a front end of each of the focusing mirror to inject gas to the front of the optical system through a nozzle unit, and the gas blower Is configured such that gas is injected through a gas supply unit supplying gas from the outside and is sprayed through the nozzle unit, so that when the gas is injected, a laser beam for generating extreme ultraviolet rays is output.
또한, 상기 진공챔버는, 상기 광학계가 위치하며 상기 펨토초레이저 소스로부터 출력되는 레이저의 집광을 위한 제 1진공영역과, 상기 제 1진공영역으로부터 펨토초레이저를 전달받아 플라즈마 반응을 통한 극자외선광을 생성하기 위한 상기 가스셀이 위치하는 제 2진공영역으로 분할 구성된다.In addition, the vacuum chamber, in which the optical system is located, receives a first vacuum region for condensing a laser output from the femtosecond laser source, and receives the femtosecond laser from the first vacuum region to generate extreme ultraviolet light through a plasma reaction. It is divided into a second vacuum region in which the gas cell is located.
또한, 상기 진공챔버는, 상기 제 2진공영역에서 생성된 극자외선광을 외부로 출력시킬 때 내부 오염원이 전파되는 것을 방지하고 외부 오염원의 침투를 차단하기 위한 버퍼영역으로 구현되는 제 3진공영역을 더 포함하여 구성된다.In addition, the vacuum chamber includes a third vacuum region implemented as a buffer region for preventing the propagation of internal pollutants and blocking penetration of external pollutants when the extreme ultraviolet rays generated in the second vacuum region are output to the outside. It is comprised of more.
또한, 상기 제 3진공영역은, 상기 제 2진공영역과 격벽을 통해 구획되며, 상기 격벽에 마련되어 극자외선빔을 통과시키는 격벽홀의 직경 8 ~ 15mm, 격벽홀의 길이는 60 ~ 100mm로 구성되어 격벽홀의 크기를 통해 상기 제 2진공영역에서 발생된 오염원이 침투하는 것을 방지하도록 최소화시키고 구성하여 제 3진공영역을 통과하는 극자외선빔은 진공챔버 외측으로 출력되는 통과홀이 상기 격벽홀과 마주하도록 구성되어 최종적으로 상기 통과홀을 통과하도록 구성된다.In addition, the third vacuum region is partitioned through the second vacuum region and the partition wall, the diameter of the partition wall hole provided in the partition wall to pass the extreme ultraviolet rays is 8 to 15 mm, the length of the partition wall hole is composed of 60 to 100 mm. The extreme ultraviolet ray beam passing through the third vacuum region is minimized and configured to prevent penetration of contaminants generated in the second vacuum region through size, so that the through hole output to the outside of the vacuum chamber faces the partition wall hole. Finally, it is configured to pass through the through hole.
또한, 상기 진공챔버는, 상기 펨토초레이저 소스에서 출력되는 펨토초레이저가 진공챔버 내측으로 입사되기 위하여 일측에 구성되는 원도우를 포함하고, 상기 원도우를 투과하여 입사된 빔은 반사미러에서 반사되어 집광미러에 입사되고, 상기 집광미러에서 집광되어 반사되는 빔은 제 1진공영역과 제 2진공영역의 격벽에 마련된 격벽홀을 통해 제 2진공영역에 구성되는 가스셀에서 플라즈마 반응을 통해 극자외선빔이 생성된다.In addition, the vacuum chamber includes a window configured at one side so that the femtosecond laser output from the femtosecond laser source is incident inside the vacuum chamber, and the beam incident through the window is reflected from the reflection mirror to be reflected in the condensing mirror. An extreme ultraviolet ray beam is generated through a plasma reaction in a gas cell configured in the second vacuum region through the partition hole provided in the partition wall of the first vacuum region and the second vacuum region. .
또한, 상기 가스셀은, 사파이어, SiC, 이트리아(Y2O3), Quartz 중 선택된 어느 하나의 재질로 구성된다.In addition, the gas cell is made of any one material selected from sapphire, SiC, yttria (Y2O3), and quartz.
또한, 상기 가스블로워는, 복수의 노즐이 동일선상에 소정간격을 두고 구성되며, 상기 노즐 끝단에서 분사되는 가스가 확산되어 균일하게 분사되도록 분사되는 방향에 대하여 면적이 확장되는 구조를 가진다.In addition, the gas blower has a structure in which a plurality of nozzles are formed on the same line at predetermined intervals, and an area is expanded with respect to a direction in which the gas injected from the nozzle ends is diffused and uniformly injected.
또한, 상기 가스블로워는, O2, N2, 다수의 불활성 기체 중 선택된 어느 하나의 가스를 가스공급부에서 공급하여 분사되도록 구성된다.In addition, the gas blower is configured to be injected by supplying any one gas selected from O2, N2, and a plurality of inert gases from a gas supply unit.
또한, 상기 가스블로워는, 복수의 상기 노즐부의 단면상 원형, 타원형, 사각형 형상 중 어느 하나의 형상으로 구성될 수 있고, 상기 노즐부의 간격이 없이 연속되게 구성된다.In addition, the gas blower may be configured in any one of a circular, elliptical, and rectangular shape in cross section of the plurality of nozzle portions, and is configured continuously without gaps of the nozzle portions.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 고차조화파 극자외선 발생장치를 구성함에 있어서, 극자외선 발생장치를 구성하는 광학계의 오염을 방지할 수 있고 이것을 통해 극자외선 광원 출력의 저하를 방지할 수 있어 결과적으로 출력저하를 방지하여 성능과 신뢰성을 만족시킬 수 있는 고차조화파 극자외선 발생장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.The present invention constituted and operated as described above can prevent contamination of the optical system constituting the extreme ultraviolet ray generating device in constructing a high-order harmonic extreme ultraviolet ray generating device, thereby preventing a decrease in the output of the extreme ultraviolet light source. As a result, there is an advantage of providing a high-order harmonic extreme ultraviolet ray generator capable of satisfying performance and reliability by preventing output degradation.
또한, 본 발명은 오염원의 전파를 방지하기 위하여 다층 구조의 격벽을 구성하고, 격벽간 서로 다른 진공 펌핑 구조로 구성함에 따라 오염원의 문제를 한층 더 보완하여 장치의 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of securing the stability of the device by further supplementing the problem of the pollution source by configuring the partition wall of a multi-layer structure to prevent the propagation of the pollution source, and configuring the partition walls with different vacuum pumping structures. .
도 1은 종래기술에 따른 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 가스셀을 나타낸 상세도,
도 4는 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 가스블로워를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 가스블로워의 단면도.1 is a configuration diagram of an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave according to the prior art,
2 is an overall configuration diagram of an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave with improved pollution prevention performance according to the present invention;
3 is a detailed view showing a gas cell of an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave with improved pollution prevention performance according to the present invention;
4 is a perspective view showing a gas blower of an extreme ultraviolet ray generator using a high-order harmonic wave having improved pollution prevention performance according to the present invention;
5 is a cross-sectional view of a gas blower according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an extreme ultraviolet ray generating apparatus using a high-order harmonic with improved pollution prevention performance according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치는, 펨토초 레이저를 출력하는 펨토초 레이저 소스(10), 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스공급로로부터 가스를 공급받아 레이저와 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀, 상기 가스셀(40)을 수용하는 것으로, 일정 진공도를 유지하는 진공챔버(20), 상기 가스공급로로 플라즈마를 유도하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 플라즈마 유도로의 양측에 구비되어 플라즈마 유도로의 진공도를 유지시키기 위한 배기로를 통해 진공도를 형성하기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 극자외선 발생장치에 있어서, 상기 극자외선 발생장치는, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저빔을 전달하는 광학계를 구성하는 원도우(30)와 반사미러(31), 집속미러(32) 각각에 선단에 위치하여 노즐부(51)를 통해 상기 광학계의 전면으로 가스를 분사시키는 가스블로워(50)를 포함하여 구성되고, 상기 가스블로워는 외부에서 가스를 공급하는 가스공급부를 통해 가스를 주입받아 상기 노즐부를 통해 분사되도록 구성하여 가스가 분사될 때 레이저빔이 극자외선 생성을 위한 레이저빔이 출력되도록 구성된다.The device for generating extreme ultraviolet rays using high-order harmonics with improved pollution prevention performance according to the present invention includes a
본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치는, 극자외선 발생장치를 구성하는 광학계들과 플라즈마 생성을 구현하는 가스셀에서 발생되는 오염원들로 인한 레이저빔 출력 저하의 문제를 해소하기 위한 발명으로써, 가스셀(40)이 재질을 개선하여 식각으로 인한 오염원의 부유 현상을 방지하고, 광학계를 구성할 때 가스블로워(50)를 통해 오염원의 보유를 방지하고 냉각의 역할을 동시에 실현하여 열화 현상을 방지할 수 있도록 디자인된 극자외선 발생장치에 관한 것이다.The extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave with improved pollution prevention performance according to the present invention is a problem of lowering the laser beam output due to pollution sources generated in the optical systems constituting the extreme ultraviolet ray generating device and the gas cell implementing plasma generation. As an invention for solving the problem, the
도 2는 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 전체 구성도이다.2 is an overall configuration diagram of an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave having improved pollution prevention performance according to the present invention.
본 발명은 크게 펨토초 레이저를 출력하는 레이저 소스(10), 상기 레이저 소스에서 출력되는 광을 통해 극자외선 광을 생성하기 위한 구성요소를 배치하기 위한 진공챔버(20), 그리고 상기 진공챔버(20)에 구성되는 다수의 광학계들과 플라즈마를 유도하는 가스셀(40)과 본 발명의 주요 기술적 요지에 따라 광학계 오염 저감을 위해 설치되는 가스블로워(50)를 포함하여 구성된다.The present invention largely comprises a
레이저 소스(10)는 임의의 파장을 가지는 레이저를 출력하는 소스원으로써, 상기 레이저 소스(10)에서 출력되는 레이저를 플라즈마 유도를 통해 50nm 이하의 파장을 가지는 극자외선을 생성하게 된다. 본 발명에서는 펨토초(femto second)급 레이저 소스를 사용하여 세부 사양으로는 매질로 티타늄 사파이어 증폭 레이저 시스템으로써, Wavelength 800nm, Repetition rate 1kHz, Pulse duration <50fs, Energy per pulse >3.5mJ at 1 kHz,Energy stability <0.5%, M2 <1.3인 레이저 소스를 사용할 수 있다.The
한편, 본 발명이 또 다른 기술적 요지로 극자외선빔을 생성할 때 생성 빔의 안정성을 극대화시키기 위하여 진공챔버(20)를 복수의 영역으로 분할 구성하여 구성된다. 상기 진공챔버(20)는 광학계가 구성되는 제 1진공영역(21)과, 플라즈마 반응을 통해 극자외선을 생성하기 위한 제 2진공영역(22)과 빔을 안정화시키기 위한 제 3진공영역(23)으로 각각 구성한다. On the other hand, the present invention is configured by dividing the
상기 제 3진공영역(23)은 상기 제 2진공영역에서 생성된 극자외선광을 외부로 출력시킬 때 외부 오염원의 침투 및 내부 오염원의 전파를 차단하기 위한 버퍼영역으로 구현되는 제 3진공영역을 포함하여 구성된다.The
이때, 상기 진공챔버(20)는, 상기 광학계가 위치하는 제 1진공영역(21)과, 상기 가스셀이 위치하는 제 2진공영역(22)과, 생성된 극자외선 레이저빔을 최종 출력하는 제 3진공영역(23)으로 각각 분할되고, 상기 각각의 진공영역은 격벽(제 1격벽(24), 제2격벽(25))을 통해 분할 구성되어 각각의 영역은 개별 진공펌프(제 1진공펌프 ~ 제 3진공펌프(60, 61, 62))를 통해 진공도를 유지하도록 구성된다. 여기서 각 격벽의 홀은 레이저 및 극자외선 빔의 간섭과 극자외선 흡수정도를 고려하여 최소한으로 설정하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 격벽홀의 직경 8 ~ 15mm, 격벽홀의 길이는 60 ~ 100mm로 구성한다. 이것은 상기 제 2진공영역에서 발생된 오염원이 침투하는 것을 방지하도록 최소화시키고 구성하여 제 3진공영역을 통과하는 극자외선빔은 진공챔버 외측으로 출력되는 통과홀이 상기 격벽홀과 마주하도록 구성되어 최종적으로 상기 통과홀을 통과하도록 구성된다.In this case, the
상기 제 1진공영역(21), 제 2진공영역(22) 및 제 3진공영역(23)은 서로 다른 진공도를 유지하기 위해 각각 제 1진공펌프(60), 제 2진공펌프(61) 및 제 3진공펌프(62)로 개별 구성하고 그에 적합한 복수개의 진공펌프를 설치할 수 있다. 예를 들면, Cryo pump, Diffusion Pump, Turbo Pump, Ion pump등의 High Vacuum 급 진공펌프로 구성한다. 각 진공영역의 진공도는 제 1진공챔버에서 10-3torr 이하, 제 2진공챔버부에서는 10-6torr 이하의 진공도를 유지하는 것이 바람직하다.The
다시 설명하자면, 상기 윈도우를 투과하여 입사된 레이저빔은 다수의 미러(반사미러와 집속미러)를 통해 포커싱 및 전달되어 가스셀의 플라즈마 유도로에 포커싱된다. 본 발명에 따른 실시예로 포커싱 구현과 기구적 사이즈(챔버 크기)를 효과적으로 구현하기 위해서 제 1반사미러(31)와 포커싱 미러(32)를 설치하여 제 2진공영역에 위치한 가스셀(40)로 빔을 전달한다. 최초 상기 반사미러(31)로 입사되어 반사된 빔은 상기 포커싱 미러(32)를 통해 포커싱되어 상기 가스셀(40)로 입사되는 것이다. 이처럼 광전달을 위한 구성은 얼마든지 용이하게 변경할 수 있으며, 필요에 따라서는 레이저 소스에서 직접 가스셀로 입사시킬 수도 있다.In other words, the laser beam incident through the window is focused and transmitted through a plurality of mirrors (reflective mirrors and focusing mirrors) to be focused on the plasma induction path of the gas cell. In the embodiment according to the present invention, in order to implement focusing and to effectively implement the mechanical size (chamber size), the first reflecting
도 3은 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 가스셀을 나타낸 상세도이다. 본 발명에 따른 가스셀(40)은 재질은 플라즈마 반응에 의해 식각되는 것을 방지하기 하여 내식각, 내플라즈마성을 갖는 물질로 구성하는데, 그 예로는 사파이어, SiC, 이트리아(Y2O3), Quartz 중 선택된 어느 하나의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.3 is a detailed view showing a gas cell of an extreme ultraviolet ray generating apparatus using a high-order harmonic wave having improved pollution prevention performance according to the present invention. The
가스셀의 중앙 부분에 해당하는 플라즈마 유도로에는 레이저 소스에서 출력되는 레이저의 초점이 맞아 집광되며, 외부 가스 공급부(미도시)에서 플라즈마 유도로와 관통하는 가스공급로를 통해 Ne, He, Ar, Xe 등의 가스를 공급한다.In the plasma induction path corresponding to the central part of the gas cell, the laser output from the laser source is focused and condensed, and through the gas supply path passing through the plasma induction path from the external gas supply unit (not shown), Ne, He, Ar, and Gas such as Xe is supplied.
도 4는 본 발명에 따른 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치의 가스블로워를 도시한 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 가스블로워의 단면도이다.4 is a perspective view showing a gas blower of an extreme ultraviolet ray generating device using a high-order harmonic wave having improved pollution prevention performance according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the gas blower according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 가스블로워(50)의 노즐부(51)는 가스의 확산을 효율적으로 달성하기 위하여 확장되는 형상을 갖는다.As shown, the
상기 가스블로워(51)는 복수의 노즐부가 동일선상에 소정간격을 두고 구성되며, 상기 노즐 끝단에서 분사되는 가스가 확산되어 균일하게 분사되도록 단면상 면적이 확장되는 구조를 가진다. 이것은 미러 전면으로 가스가 균등하게 분사됨에 따라 미러표면으로 오염원들이 점착되는 것을 방지한다. 상기 노즐부(51)는 가스블로워를 보다 정밀하게 구성하여 가스 분산의 균등성을 확보하기 위해 간격을 조밀하게 더 구성할 수 있으며, 필요에 따라서는 노즐의 형상을 사각형이나 타원형으로 구성할 수 있다. 가스의 유량은 챔버의 진동도 유지를 위해 각 광학계당 수 sccm정도가 바람직하다.The
또한, 복수의 상기 노즐부는 도시된 바와 같이 임의의 간격을 두고 구성될 수 있고, 간격이 없이 연속되는 노즐 형상을 갖도록 구성될 수 있는 것이다.In addition, the plurality of nozzle units may be configured at arbitrary intervals as shown, and may be configured to have a continuous nozzle shape without intervals.
상기 가스블로워(51)는 극자외선 발생장치 챔버내에 구성되는 광학계인 원도우(30), 반사미러(31), 집속미러(32)에 모두 구성되는 것이 바람직하다.The
한편, 상기 가스블로워(50)는, O2, N2, 불활성 기체 중 선택된 어느 하나의 가스를 가스공급부에서 공급하여 분사되도록 구성된다.Meanwhile, the
따라서, 본 발명에 따른 오염 방지 구조를 구성하는 극자외선 발생장치는 첫째, 장치의 적용 광학계의 오염을 방지하고, 둘째, 이에 따른 극자외선 광원의 출력 저하를 방지할 수 있으며, 셋째, 발생광원의 안정성을 확보할 수 있어 최종적으로 성능이 우수하고 안정성을 만족시킬 수 있는 극자외선 발생장치를 제공한다.Accordingly, the extreme ultraviolet ray generating device constituting the pollution prevention structure according to the present invention can prevent first, contamination of the applied optical system of the device, and secondly, prevent a decrease in the output of the extreme ultraviolet light source, and third, the generated light source. As stability can be secured, it provides an extreme ultraviolet ray generator that has excellent performance and satisfies stability.
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.In the above, although it has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principle of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as illustrated and described as such. Rather, it will be well understood by those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such appropriate changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
10 : 레이저 소스 20 : 챔버
21 : 제 1진공영역 22 : 제 2진공영역
23 : 제 3진공영역 24 : 제 1격벽
25 : 제 2격벽 30 : 원도우
31 : 제 1미러 32 : 제 2미러
40 : 가스셀 50 : 가스블로워
51 : 노즐 52 : 공급부
60 : 제 1진공펌프 61 : 제 2진공펌프
62 : 제 3진공펌프10: laser source 20: chamber
21: first vacuum region 22: second vacuum region
23: 3rd vacuum zone 24: 1st bulkhead
25: second bulkhead 30: window
31: first mirror 32: second mirror
40: gas cell 50: gas blower
51: nozzle 52: supply unit
60: first vacuum pump 61: second vacuum pump
62: 3rd vacuum pump
Claims (6)
상기 펨토초레이저를 이용한 극자외선 발생장치는,
상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저빔을 전달하는 광학계를 구성하는 원도우와 반사미러, 집속미러 각각에 선단에 위치하여 노즐부를 통해 상기 광학계의 전면으로 가스를 분사시키는 가스블로워를 포함하여 구성되고,
상기 가스블로워는 외부에서 가스를 공급하는 가스공급부를 통해 가스를 주입받아 상기 노즐부를 통해 분사되도록 구성되며
상기 진공챔버는,
상기 광학계가 위치하며 상기 펨토초레이저 소스로부터 출력되는 레이저의 집광을 위한 제 1진공영역과,
상기 제 1진공영역으로부터 펨토초레이저를 전달받아 플라즈마 반응을 통한 극자외선광을 생성하기 위한 상기 가스셀이 위치하는 제 2진공영역으로 분할 구성되는 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치.A femtosecond laser source that outputs a femtosecond laser, a plasma guide path corresponding to a section in which the laser output from the laser source is incident and focused, receives gas from the gas supply path, and forms plasma by laser and gas to form a pole. A gas cell that generates ultraviolet rays, a vacuum chamber that holds the gas cell, and maintains a certain degree of vacuum, a gas supply unit that supplies gas for inducing plasma to the gas supply path, and plasma provided on both sides of the plasma induction path. In the extreme ultraviolet ray generator using a femtosecond laser configured to include a pump for forming a vacuum level through an exhaust path for maintaining the vacuum level of the induction furnace,
An extreme ultraviolet ray generating device using the femtosecond laser,
A window constituting an optical system for transmitting the laser beam output from the laser source, a reflective mirror, and a gas blower positioned at a front end of each of the focusing mirror to inject gas to the front surface of the optical system through a nozzle unit,
The gas blower is configured to receive gas through a gas supply unit supplying gas from the outside and to be injected through the nozzle unit,
The vacuum chamber,
A first vacuum region in which the optical system is located and for condensing the laser output from the femtosecond laser source,
An extreme ultraviolet ray generator using a high-order harmonic wave with improved pollution prevention performance, which is divided into a second vacuum region in which the gas cell is located for generating extreme ultraviolet light through a plasma reaction by receiving a femtosecond laser from the first vacuum region. .
상기 제 2진공영역에서 생성된 극자외선광을 외부로 출력시킬 때 내부 오염원이 전파되는 것을 방지하고 외부 오염원의 침투를 차단하기 위한 버퍼영역으로 구현되는 제 3진공영역을 더 포함하여 구성되는 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치.The method of claim 1, wherein the vacuum chamber,
Pollution prevention further comprising a third vacuum area implemented as a buffer area for preventing the propagation of internal pollutants and blocking penetration of external pollutants when the extreme ultraviolet rays generated in the second vacuum area are output to the outside. An extreme ultraviolet ray generator using high-order harmonics with improved performance.
상기 제 2진공영역과 격벽을 통해 구획되며, 상기 격벽에 마련되어 극자외선빔을 통과시키는 격벽홀의 직경 8 ~ 15mm, 격벽홀의 길이는 60 ~ 100mm로 구성되어 격벽홀의 크기를 통해 상기 제 2진공영역에서 발생된 오염원이 침투하는 것을 방지하도록 최소화시키고 구성하여 제 3진공영역을 통과하는 극자외선빔은 진공챔버 외측으로 출력되는 통과홀이 상기 격벽홀과 마주하도록 구성되어 최종적으로 상기 통과홀을 통과하도록 구성되는 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치.The method of claim 3, wherein the third vacuum region,
Partitioned through the second vacuum region and the partition wall, the diameter of the partition wall hole provided in the partition wall to pass the extreme ultraviolet ray is 8 to 15 mm, and the length of the partition wall hole is 60 to 100 mm. The extreme ultraviolet ray beam passing through the third vacuum region is configured to minimize and prevent the generated pollutant from penetrating, so that the through hole output to the outside of the vacuum chamber faces the partition hole, and finally passes through the through hole. An extreme ultraviolet ray generator using high-order harmonics with improved pollution prevention performance.
상기 펨토초레이저 소스에서 출력되는 펨토초레이저가 진공챔버 내측으로 입사되기 위하여 일측에 구성되는 원도우를 포함하고, 상기 원도우를 투과하여 입사된 빔은 반사미러에서 반사되어 집광미러에 입사되고, 상기 집광미러에서 집광되어 반사되는 빔은 제 1진공영역과 제 2진공영역의 격벽에 마련된 격벽홀을 통해 제 2진공영역에 구성되는 가스셀에서 플라즈마 반응을 통해 극자외선빔이 생성되는 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치.The method of claim 4, wherein the vacuum chamber,
The femtosecond laser output from the femtosecond laser source includes a window configured on one side to be incident inside the vacuum chamber, and the beam incident through the window is reflected from the reflective mirror and incident on the condensing mirror, and from the condensing mirror The condensed and reflected beam is a high-order harmonic with improved pollution prevention performance in which extreme ultraviolet rays are generated through plasma reactions in the gas cell formed in the second vacuum region through the partition wall holes provided in the partition walls of the first and second vacuum regions A device for generating extreme ultraviolet rays using waves.
사파이어, SiC, 이트리아(Y2O3), Quartz 중 선택된 어느 하나의 재질로 구성되는 오염방지 성능이 향상된 고차조화파를 이용한 극자외선 발생장치.The method of claim 1, wherein the gas cell,
An extreme ultraviolet ray generator using high-order harmonics with improved pollution prevention performance made of any one selected from sapphire, SiC, yttria (Y2O3), and quartz.
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