KR102556534B1 - 광원 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원 발생 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 반복율을 가지는 레이저 광원을 방출하는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기에서 방출된 상기 레이저 광원을 제1 레이저 및 제2 레이저로 분기하는 분기부; 상기 제1 레이저가 조사되며, 상기 제1 레이저에 의해 발생되는 전자빔을 방출하는 광전자총; 및 상기 분기부에서 분기된 상기 제2 레이저 및 상기 광전자총에서 방출된 전자빔이 충돌하여 광원을 방출하는 광원 발생기를 포함하는, 광원 발생 장치가 제공될 수 있다.

Description

광원 발생 장치{LIGHT SOURCE GENERATING DEVICE}
본 발명은 광원 발생 장치에 관한 것으로, 연속형 광전자총을 이용하여 고출력의 초소형 광원을 발생시킬 수 있는 광원 발생 장치에 대한 발명이다.
반도체 공정에서 극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet)을 이용하여 리소그래피 기술이 필수적으로 이용된다. 이러한 극자외선 리소그래피는 매우 짧은 파장인 약 13nm의 광원을 이용하는 리소그래피 기술이다.
이러한 극자외선 광원은 고온 및 고밀도의 플라즈마를 이용하여 발생시키는 것이 일반적이지만, 플라즈마를 이용하여 극자외선 광원을 발생시키는 것은, 전력 소모가 매우 크고, 광원의 세기에 한계가 있는 문제가 있다. 또한, 플라즈마를 이용하여 극자외선 광원을 발생시키는 기술은 해외에 의존하고 있는 문제가 있다.
이러한 플라즈마 기반의 극자외선 광원 기술을 대체하기 위해 전자가속기에서 발생한 고에너지 전자빔이 자기장 속에서 진행 방향이 변화할 때 발생하는 방사광을 이용하여 극자외선 광원이 발생될 수 있다. 하지만, 원형방사광가속기는 매우 거대하고 막대한 비용이 필요한 시설이므로, 이러한 원형방사광가속기를 이용하여 극자외선 광원을 생산하는 것은 효율적이지 않은 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 소형이면서 저렴하니 비용으로 고출력의 극자외선 광원을 발생시킬 수 있는 광원 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 반복율을 가지는 레이저 광원을 방출하는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기에서 방출된 상기 레이저 광원을 제1 레이저 및 제2 레이저로 분기하는 분기부; 상기 제1 레이저가 조사되며, 상기 제1 레이저에 의해 발생되는 전자빔을 방출하는 광전자총; 및 상기 분기부에서 분기된 상기 제2 레이저 및 상기 광전자총에서 방출된 전자빔이 충돌하여 광원을 방출하는 광원 발생기를 포함하는, 광원 발생 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 종래의 전력소모가 매우 큰 플라즈마를 이용하여 극자외선 광원을 발생시키는 기술을 대체하여 저렴한 비용으로 고출력 초소형 극자외선 광원을 이용할 수 있다.
또한, 필요에 따라 레이저 발생기와 광전자총을 이용하여 다양한 종류의 광원을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 발생 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 발생 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 발생 장치의 광원 발생기에서 전자빔과 레이저가 충돌하여 극자외선 광원이 발생하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 광원 발생 장치(10)에 대해 설명한다. 광원 발생 장치(10)는, 광전자총(300)에서 방출되는 전자빔(310)과 레이저 발생기(100)에서 방출되는 레이저 광원(110)을 이용하여 고출력의 광원을 발생시키기 위한 장치이다. 이러한 광원 발생 장치(10)는, 레이저 발생기(100), 분기부(200), 광전자총(300) 및 광원 발생기(400)를 포함한다.
레이저 발생기(100)는, 레이저 광원(110)을 방출한다. 레이저 발생기(100)에서 방출되는 레이저 광원(110)은 MHz 또는 GHz 급의 주파수를 갖고, 테라 와트(TW) 급의 고출력 레이저를 발생시킨다.
분기부(200)는 레이저 발생기(100)에서 방출되는 레이저 광원(110)을 두 개로 분기한다. 이를 위해 분기부(200)는 레이저 발생기(100)에서 방출되는 레이저 광원(110)이 조사되며, 하프 미러 및 미러 등을 이용하여 레이저 광원(110)을 분기시켜 제1 레이저(210) 및 제2 레이저(220)를 외부로 방출할 수 있다.
여기서, 제1 레이저(210)는 광전자총(300)을 향해 방출되고, 제2 레이저(220)는 광원 발생기(400)를 향해 방출된다. 그리고 제1 레이저(210) 및 제2 레이저(220)는 레이저 발생기(100)에서 방출된 레이저 광원(110)이 분기된 것으로, 레이저 광원(110)과 동일한 주파수 및 파워를 가질 수 있다.
광전자총(300)은, 레이저가 조사되어 조사된 레이저에 의해 전자빔(310)을 발생시켜 방출한다. 이러한 광전자총(300)은 분기부(200)에서 방출된 제1 레이저(210)가 조사되며, 제1 레이저(210)에 의해 제1 레이저(210)와 동일한 주파수를 갖는 전자빔(310)이 발생된다. 이렇게 발생된 전자빔(310)은 가속관 및 전송라인을 거쳐 MeV 급으로 가속될 수 있다. 즉, 광전자총(300)은 소형 전자 가속기일 수 있으며, 전자빔(310)을 가속하여 MeV 급의 전자빔(310)을 외부로 방출할 수 있다.
광원 발생기(400)는, 분기부(200)로부터 제2 레이저(220)가 조사되고, 광전자총(300)에서 발생된 전자빔(310)이 조사될 수 있다. 이러한 광원 발생기(400)는, 제2 레이저(220) 및 전자빔(310)이 충돌할 수 있는 공간을 제공한다. 예컨대, 광원 발생기(400)는, 제2 레이저(220) 및 전자빔(310)이 조사되어 극자외선 광원(410)이 발생되는 챔버일 수 있다.
광원 발생기(400) 내에서 제2 레이저(220) 및 전자빔(310)은 서로 충돌하여 레이저 콤프톤 스캐터링(Laser Compton Scattering) 반응이 발생할 수 있다. 이러한 레이저 콤프톤 스캐터링 반응은 레이저가 전자빔(310)과 충돌하여 에너지를 얻는 반응일 수 있다.
즉, 광원 발생기(400)에서 제2 레이저(220)는 전자빔(310)과 충돌하여 에너지를 얻으며, 이렇게 광원 발생기(400)를 통과한 광원(410)을 이루는 광자의 에너지 또는 파장은 레이저 콤프톤 스캐터링 반응에 의해 원하는 값으로 조절될 수 있다.
여기서, 제2 레이저(220)는 전자빔(310)과 정면으로 충돌하는 경우, 충돌의 충격에 의해 반사되어 분기부(200)나 레이저 발생기(100)가 손상될 수 있다. 그에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 전자빔(310)의 진행 방향에 소정의 각도(θ)를 가지도록 제2 레이저(220)가 조사되어 제2 레이저(220)와 전자빔(310)은 서로 충돌될 수 있다. 제2 레이저(220)와 전자빔(310)의 충돌 각도(θ)는 필요에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 예컨대, 제2 레이저(220)와 전자빔(310)의 충돌 각도(θ)는 90도 초과 180도 미만일 수 있다.
이렇게 제2 레이저(220)와 전자빔(310)이 충돌하여 제2 레이저(220)가 레이저 콤프톤 스캐터링 반응이 일어남에 따라 극자외선 광원(410)이 발생할 수 있다. 발생된 극자외선 광원(410)을 이루는 광자는 작업자가 원하는 에너지를 가질 수 있도록 조절될 수 있다. 예컨대, 극자외선 광원(410)은 제2 레이저(220)의 파장과 전자빔(310)의 에너지가 최적화된 고출력의 단일 에너지에 가까운 극자외선(EUV) 광원일 수 있다.
그리고 제2 레이저(220)와 전자빔(310)이 충돌하여 레이저 콤프톤 스캐터링 반응이 이루어지는데, 이때, 제2 레이저(220)가 전자빔(310)으로부터 에너지를 얻어 생성된 극자외선 광원(410)의 파장은 수학식 1을 통해 표현될 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 는 레이저 콤프톤 스캐터링 반응에 의해 생산되는 광자의 파장이고, 는 전자빔(310)의 로렌츠 인자이다. 그리고 는 입사하는 제2 레이저(220)의 에너지이며, 는 레이저의 파동으로 인해 발생(Undulator)하는 자기장과 출력으로 결정되는 인자이다. 및 e는 전자의 질량 및 전하량이며, 는 광속이고, 는 제2 레이저(220)의 강도(Intensity)이다. 또한, 레이저 발생기는, 매우 작은 주기(period)를 갖는 자계 분포를 갖고, 소정의 파장을 갖는 레이저를 방출하는 언줄레이터(Undulator)일 수 있는데, 이를 레이저 언줄레이터라 할 수 있다. 여기서, 는 레이저 언줄레이터의 피크 자기장이다.
본 실시예에서, 레이저와 전자빔(310)이 서로 충돌하여 극자외선 광원(410)이 발생하는 것에 대해 설명하지만, 발생되는 광원은 극자외선 광원(410)에 국한되지 않을 수 있다. 레이저의 주파수 및 파워, 전자빔(310)의 에너지 또는 레이저와 전자빔(310)의 충돌 각도 등과 같은 다양한 조건들을 조절하여 필요한 성능의 광원을 발생시킬 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 광원 발생 장치
100: 레이저 발생기 110: 레이저 광원
200: 분기부
210: 제1 레이저 220: 제2 레이저
300: 광전자총 310: 전자빔
400: 광원 발생기 410: 극자외선 광원

Claims (9)

  1. 소정의 반복율을 가지는 레이저 광원을 방출하는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기에서 방출된 상기 레이저 광원을 제1 레이저 및 제2 레이저로 분기하는 분기부;
    상기 제1 레이저가 조사되며, 상기 제1 레이저에 의해 발생되는 전자빔을 방출하는 광전자총; 및
    상기 분기부에서 분기된 상기 제2 레이저 및 상기 광전자총에서 방출된 전자빔이 충돌하여 광원을 방출하는 광원 발생기를 포함하고,
    상기 광전자총은 상기 제1 레이저의 주파수와 동일한 주파수의 전자빔을 발생시키는,
    광원 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 MHz급 또는 GHz급 주파수를 갖는,
    광원 발생 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 발생기에서 발생된 광원은, 상기 제2 레이저가 상기 전자빔과 충돌하여 레이저 콤프톤 스캐터링(Laser Compton Scattering) 반응에 의해 발생하는,
    광원 발생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원의 파장은 상기 제2 레이저의 에너지에 비례하고, 상기 전자빔의 로렌츠 인자의 제곱 반비례하는,
    광원 발생 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 발생기에서 발생된 광원은 상기 제2 레이저가 상기 전자빔의 에너지를 받아 발생된 광원인,
    광원 발생 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 및 상기 전자빔은 소정의 각도를 가지며 충돌되는,
    광원 발생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 레이저와 상기 전자빔의 충돌 각도는 90도 초과 180도 미만인,
    광원 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기는, 레이저 언줄레이터(Laser Undulator)인,
    광원 발생 장치.
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