KR102593876B1

KR102593876B1 - 광학적 요소를 모니터링하기 위한 장비, 레이저 소스 및 euv 복사 생성 장치

Info

Publication number: KR102593876B1
Application number: KR1020217026082A
Authority: KR
Inventors: 요아힘 슐츠; 마르크 베버; 마티아스 슈미트
Original assignee: 트럼프 레이저시스템즈 포 세미컨덕터 매뉴팩처링 게엠베하
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2023-10-24
Also published as: KR20210116573A; TW202035962A; TWI776120B; EP3914889A1; EP3914889B1; WO2020151821A1; US20210351554A1; US11322902B2

Abstract

본 발명은, 광학적 요소(2)의 표면(8) 상으로 복사(9)를 방출하기 위한 광원(5), 적어도 부분적으로 광학적 요소의 표면(8)에서 반사된 복사(9)를 검출하기 위한 검출기(6), 및 광학적 요소(2)를 위한 홀더(7)로서, 광원(5) 및 검출기(6)가 그 내부에 통합되는 것인, 홀더(7)를 포함하는, 광학적 요소(2)를 모니터링하기 위한 장비(1)에 관한 것이다. 홀더(7)는, 냉각액(12)이 그를 통해 유동할 수 있는, 냉각 구역(10)을 구비하고, 상기 냉각 구역(10)은, 광학적 요소(2)와 접촉한다. 홀더(7)는 또한, 누출의 경우에 광학적 요소(2)에서 누출되는 냉각액(12)을 수용하기 위한, 광원(5)과 검출기(6) 사이의 빔 경로(14)가 그를 통해 연장되는, 저장통(13)을 포함한다. 본 발명은 또한, 그러한 장비(1)를 구비하는, 레이저 소스에 그리고 EUV 복사 생성 장치에 관한 것이다.

Description

광학적 요소를 모니터링하기 위한 장비, 레이저 소스 및 EUV 복사 생성 장치

본 발명은, 광학적 요소의 표면 상으로 복사를 방출하기 위한 광원, 적어도 부분적으로 광학적 요소의 표면에서 반사된 복사를 검출하기 위한 검출기, 및 광학적 요소를 위한 홀더로서, 광원 및 검출기가 그 내부에 통합되는 것인, 홀더를 포함하는, 광학적 요소를 모니터링하기 위한 장비에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 그러한 장비를 구비하는, 레이저 소스에 그리고 EUV 복사 생성 장치에 관한 것이다.

이상에 추가로 설명된 유형의 장비가, EP1398612B1에 개시되었다. 그러한 장비에서, 광학적 요소의 표면에서 반사되는 그리고 검출기에 의해 검출되는 복사의 강도는, 광학적 요소의 표면 속성들에 의존한다. 그에 따라, 이상에 설명된 장비는, 특히 광학적 요소의 손상 또는 노화를 검출하기 위해, 광학적 요소의 기능성을 모니터링하는 역할을 한다. 광원에 의해 방출되는 복사의 파장은, 여기에서, 방출된 복사의 적어도 일부가 표면에서 반사되도록, 선택된다. 광학적 요소는, 광원의 복사와 상이한 파장을 갖는 레이저 빔의 빔 경로 내에 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔의 파장에 대해 투과성인 광학적 요소들을, 그의 표면의 기능성에 관해, 검사하는 것이, 또한 가능하다.

표면 속성들에 관한 변화에 부가하여, 냉각액에 의해, 예를 들어 물에 의해, 직접적으로 냉각되는 광학적 요소의 경우에, 냉각액이, 파손(fracture) 또는 균열이 광학적 요소 내에 존재하는 경우, 주변환경으로 누출되는 것이, 가능하다. 일부 광학적 요소들은, 많은 양의 냉각액의 유출을 방지할 필요가 있는 구역들 내에 장착된다. 예를 들어, 진공 환경 내에, 예를 들어 레이저 공진기 내에 또는 EUV 복사 생성 장치 내에 배열되는, 광학적 요소들은, 일반적으로, 탈기(outgassing)의 관점에서 엄격한 요건에 종속된다. 누출의 관점에서의 엄격한 요건이 또한, 예를 들어 기체 레이저의 레이저 공진기 내에서 발생하는 바와 같이, 높은 간섭 필드를 갖는 무선-주파수 구역 내에, 또는 그 근처에, 배열되는, 광학적 요소들에 적용된다. 부가적으로, 그러한 광학적 요소들 내에, 일반적으로, 적은 설치 공간만이 이용 가능한 문제점이 존재한다.

WO2017/063686A1은, 광학 구성요소에서 누출에 대해 진공 환경을 보호하는 장치 및 방법을 설명한다. 장치는, 냉각 구역으로부터 진공 환경 내로의 냉각 매체의 넘침의 경우에, 광학 구성요소에서의 누출을 검출하기 위한 검출 장치를 구비한다. 냉각 구역은, 광학 구성요소의 표면의 부분적 구역에 인접하게 되는, 광학 구성요소의 장착대 내에 캐비티를 형성할 수 있다. 냉각 구역으로부터 진공 환경 내로의 냉각 매체의 넘침이 검출되는 경우, 냉각 구역 내로의 냉각 매체의 급송 라인이, 차단될 수 있다.

본 발명은, 누출에 대한 광학적 요소의 효과적인 모니터링을 허용하는, 광학적 요소를 모니터링하기 위한 장비, 적어도 하나의 그러한 장비를 구비하는, 레이저 소스 및 EUV 복사 생성 장치를 제공하는 목적에 기초하게 된다.

본 발명의 하나의 양태가, 홀더가, 냉각액이 그를 통해 유동할 수 있는, 냉각 구역을 구비하고, 상기 냉각 구역은, 광학적 요소와 접촉하며, 그리고 홀더가, 누출의 경우에 광학적 요소에서 누출되는 냉각액을 수용하기 위한, 광원과 검출기 사이의 빔 경로가 그를 통해 연장되는, 저장통을 포함하는, 도입부에 언급된 유형의 장비에 관한 것이다.

본 발명은, 장비 내에 이미 존재하는 광원 및 검출기의 조합을 사용하여, 누출에 대해, 냉각액에 의해 직접적으로 냉각되는 광학적 요소를 모니터링하도록 제안한다. 그러한 누출은, 광학적 요소 내의 균열 또는 광학적 요소의 파손의 경우에 일어날 수 있으며, 그러한 경우에, 냉각액이, 손상된 광학적 요소에서 또는 그러한 광학적 요소를 통해, 냉각 구역으로부터 주변환경 내로 누출된다. 누출에 대한 모니터링의 목적으로, 소량의 냉각액을 수용하기 위한, 광원과 검출기 사이의 빔 경로가 그를 통해 연장되는, 액체 저장통이, 장비 내에, 일반적으로 홀더 내에, 부착된다.

저장통이 완전히 또는 부분적으로 냉각액으로 충전되는 경우, 검출기 상에 입사되는 강도(또는, 동등하게, 검출기 상에 입사되는 복사 출력)는, 냉각액이 저장통 내에 위치되지 않는 경우와 비교하여, 변화한다. 일반적으로, 검출기 상에 입사되는 그리고 표면에서 반사되는, 복사의 강도는, 냉각액의 존재에 기인하여, 감소한다. 저장통 내의 냉각액의 존재는, 예를 들어, 검출기를 사용하여 검출되는, 광원에 의해 방출된 복사의 흡수, 굴절(각도 또는 발산의 변화), 산란 등에, 영향을 미칠 수 있다. 누출이 검출된 경우, 냉각 구역 내로의 냉각 매체의 급송 라인이, 차단될 수 있다. 대안적으로, 냉각제의 누출을 수반하는 실제 파손과 다른 오류 메시지들 사이에서 구별하기 위한, 정보가, 사용될 수 있다(이하 참조).

하나의 실시예에서, 홀더는, 저장통이, 중력의 방향에서, 광학적 요소의 (모니터링되는) 표면 아래에, 위치되도록, 배향된다. 홀더 내에 형성되는 저장통은 일반적으로, 예를 들어, +/- 30° 미만의 작은 각도 범위에 걸쳐, 둘레 방향으로 연장된다. 모니터링되는 표면 아래에 저장통을 배치하기 위해, 그에 따라, 저장통이 형성되는 둘레 방향으로의 각도 범위가 모니터링되는 표면 아래에 위치되도록, 홀더를 적절하게 배향시킬, 말하자면, 수평 방향으로 연장되는, 그의 종방향 축을 따라 홀더를 회전시키거나 배향시킬, 필요가 있다. 이상에 설명된 방식으로 배향되는 상태에서, 홀더는 일반적으로, 장비의 일부 또는 장비가 그 내부에 장착되는 광학 시스템의 일부를 형성하는, 고정 장치를 사용하여 고정된다.

표면 아래에 저장통을 배열하는 것에 의해, 균열 또는 파손이 발생하는 광학적 요소 상의 부위와 독립적으로, 냉각액이 저장통 내로 통과하는 것을 보장하는 것이, 가능하다. 저장통은 일반적으로, 광학적 요소 또는 모니터링되는 표면에 대해 홀더 내에서 종방향으로 측방으로 오프셋되도록 배열된다. 저장통의 상측부는, 일반적으로, 중력의 방향으로, 모니터링되는 표면의 하측 에지 아래의 레벨에 위치된다. 광학적 요소의 모니터링되는 표면은, 홀더에 의해 유지되지 않는 광학적 요소의 표면의 노출된 부분인 것으로 이해된다.

이러한 실시예에 대한 개선예에서, 표면을 지향하는 저장통의 상측 에지 섹션이, 중력의 방향으로, 표면으로부터 떨어진 저장통의 상측 에지 섹션 아래에 위치되거나, 또는 그 반대이다. 저장통의 상측 에지는, 이러한 경우에, 예를 들어 단차 방식으로, 구성될 수 있거나, 또는 수평에 대한 각도로 경사를 갖도록 배향될 수 있다. 양자 모두의 경우에, 과잉의 냉각액이, 표면으로부터 떨어진 저장통의 상측 에지 부분 위로 쉽게 유동할 수 없다는 그리고 요구되지 않는 방식으로 주변환경 내로 통과할 수 없다는 사실에 기인하여, 저장통의 넘침에 대응하는 것이, 가능하다. 심지어 표면을 지향하는 에지 섹션이, 표면으로부터 떨어진 에지 섹션 상부에 위치되는 경우에도, 저장통 내의 그리고 그에 따라 광원과 검출기 사이의 빔 경로 내의, 냉각액의 체적은, 최대 체적으로 제한될 수 있거나, 또는 넘치는 것이 방지될 수 있고, 이는, 누출의 검출을 더 쉽게 만든다.

다른 실시예에서, 저장통은, 광원 또는 검출기가 그 내부에 배열되는, 홀더 내의 리세스 내에, 예를 들어 구멍 내에, 형성된다. 홀더는, 여기에서, 광원 또는 검출기가, 중력의 방향으로, 모니터링될 표면 아래에 배열되도록, 배향된다. 광원의 광 방출면 또는 검출기의 검출면이, 일반적으로, 리세스의 바닥 또는 리세스의 바닥의 부분적 구역을 형성한다. 이러한 방식으로, 광원으로부터 검출기로의 빔 경로가 저장통을 통과하는 것이, 보장된다. 광원 및 검출기는, 일반적으로, 밀봉 수단, 예를 들어 O-링들 또는 이와 유사한 것을 사용하여, 홀더 내에 통합되고, 그 결과, 냉각액은, 리세스로부터 하방으로 유출될 수 없다. 이는, 광원 및 검출기가 일반적으로 리세스로부터 떨어진 그들의 후방측에 전기적 접촉 지점들을 구비하기 때문에, 필요하다. 광원은, 예를 들어 발광 다이오드로서 또는 레이저 다이오드로서 구성될 수 있다. 검출기는, 예를 들어 포토다이오드로서 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 광원은, 중력의 방향에 대해 10° 초과의 (그리고 일반적으로 30° 미만의) 각도로 표면 상으로 복사를 방출하도록 구성되고 배향되며, 및/또는 검출기는, 중력의 방향에 대해 10° 초과의 (그리고 일반적으로 30° 미만의) 각도로 표면에서 반사되는 복사를 검출하도록 구성되고 배향된다. 이는, 일반적으로, 중력의 방향에 대해 10° 초과의 대응하는 각도로 배향되는, 복사가 광원을 나오는 방향 또는 복사가 검출기 상에 입사되는 방향과 일반적으로 일치하는, 광원의 종방향 축 및/또는 검출기의 종방향 축에 의해 달성된다.

모니터링될 표면은, 중력의 방향으로 연장되는, 평면형 표면일 수 있다. 특히, 이러한 경우에, 광원 및 검출기는, 일반적으로, 광학적 요소의 모니터링될 표면에 대해 동일한 각도로 배향된다. 모니터링될 표면은 또한, 만곡된 표면, 및/또는 중력의 방향에 대해 기울어진 표면일 수 있다. 광원은, 바람직하게, 방출된 복사가 (빔 경로 내의 냉각액의 존재를 동반하지 않는 가운데) 광학적 요소의 모니터링될 표면 상의 중심으로 유도되도록, 구성되고 배치된다.

중력의 방향에 대해 각도를 갖는 광원의 또는 검출기의 배향은, 이러한 경우에, 광원에 의해 방출되는 복사가, 누출의 경우에, 냉각액의 수평 배향된 표면을 대응하는 각도로 통과하며, 그리고 그 과정에서, (냉각액의 존재를 동반하지 않는 가운데) 공칭 빔 방향으로 냉각액에서 나오는 또는 냉각액에 들어가는 복사의 편향을 야기하도록, 굴절을 겪기 때문에, 유리하다. 충분히 큰 편향각의 경우에, 검출기는, 그에 따라, 냉각액의 존재를 동반하지 않는 경우에 검출할 수 있는 것보다, 상당히 적은 복사를 검출한다. 누출이, 추가로 이하에 더욱 상세하게 설명될 것으로서, 감소된 검출된 강도에 기초하여 식별될 수 있다.

광원이 실질적으로 홀더의 가장 낮은 지점에 배치되도록, 홀더가 배향되는 경우, 리세스 내부의 방출된 복사의 빔 경로의 길이는, 냉각액이 어떤 경우에도 광학 쐐기(optical wedge)로서 작용하지 않기 때문에, 실제로 아무런 역할도 하지 않는다. 검출기가 실질적으로 홀더의 가장 낮은 지점에 배열되도록, 홀더가 배향되는 경우, 검출기가 그 내부에 배열되며 그리고 냉각액을 수용하는 리세스가, 비교적 큰 길이 및/또는 작은 폭을 갖는다면, 유리하고, 그 결과, 냉각액 내로의 진입 시, 복사는, 거의 완전하게 리세스의 측방 에지를 향해 굴절되며, 그리고 검출기 상에 입사되지 않는다.

다른 실시예에서, 광원은, (볼록하게) 만곡된 광 방출면을 갖는다. 이는, 일반적으로, 광원이, 광 방출면이 그 내부에서 일반적으로 구형으로 만곡되며 그리고 수렴 렌즈로서 역할을 하는, 발광 다이오드의 형태를 취하는 경우이다. 광원 및 그 위에 형성되는 리세스가 광학적 요소의 모니터링될 표면 아래에 위치되도록, 홀더가 배향되는 경우, 수렴 렌즈로서의 광 방출면의 기능은, 냉각액, 예를 들어 물에 의한 광 방출면의 젖음에 의해, 부정적으로 영향을 받는다. 이러한 기능이 간소되는 경우, 광원에 의해 방출되는 복사는, 냉각액의 존재를 동반하지 않는 경우에 발산할 수 있는 것보다, 더욱 강하게 발산하고, 그 결과, 검출기 상에서의 검출된 복사 강도는 마찬가지로, 감소하며, 그리고 그에 따라, 누출이 광학적 요소 상에서 검출될 수 있다.

다른 실시예에서, 광원은, IR 파장 범위 내의 복사를 방출하도록 구성된다. 검출기는, 그에 따라 적응되며, 그리고 마찬가지로 IR 파장 범위 내의 복사를 검출하도록 구성된다. 광원에 의해 방출되는 복사는, 이러한 경우에, 일반적으로, 일반적으로 이러한 경우에 냉각액으로서 사용되는, 물의 강한 흡수 대역이 그 범위에 위치되기 때문에, 대략 1 ㎛ 내지 대략 2 ㎛ 사이의 IR 파장 범위 내의 파장들 또는 파장을 갖는다. 냉각액을 통한 통과 시, 광원의 복사는, 그에 따라, 흡수되고, 그 결과, 누출이 마찬가지로, 이러한 방식으로, 검출될 수 있다. (광학적 요소의 표면을 통한 반사 또는 편향 없이) 물을 식별하기 위한, 그러한 "광 장벽"이, 상업적으로 이용 가능하다(예를 들어, 대략 1480 nm의 광원의 파장을 동반하는, 볼루프(Balluff)(www.balluff.com)에 의한 BOH TJ-T80-001-01-S49F의 데이터 시트 참조).

다른 실시예에서, 홀더는, 광학적 요소로부터 저장통 내로 냉각액을 급송하기 위한, 급송 윤곽부를 구비한다. 이상에 추가로 설명된 바와 같이, 예를 들어 리세스의 형태의 저장통이 홀더의 가장 낮은 지점 근처에 배열되도록, 홀더가 배향된다면, 유리하고, 그 결과 광학적 요소로부터 누출되는 냉각액은, 리세스 내로 유동한다. 심지어 가장 작은 양의 누출되는 냉각액을 검출할 수 있도록 하기 위해, 광학적 요소로부터 누출되는 냉각액이, 저장통의 방향으로 표적화된 방식으로 가이드되거나 또는 저장통으로 급송된다면, 유용하다. 이러한 방식으로, 반응 시간이 가속되며, 그리고 누출되는 냉각액이 검출 저장통을 지나가지 않을 것이라는 신뢰성이 증가된다. 급송 윤곽부는, 다양한 구성을 구비할 수 있다.

이러한 실시예에 대한 개선예에서, 급송 윤곽부는, 표면에 인접하게 위치되는 홀더의 내측 에지와 저장통 사이에서 연장되는, 경사진 급송 부분이다. 경사진 급송 부분은, 예를 들어, 홀더의 종방향 축에 대해 회전 대칭으로 연장되는 윤곽부, 예를 들어 원추형 또는 만곡된 면일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 홀더 내에, 냉각액이 그를 따라 광학적 요소로부터 저장통의 방향으로 가이드되는, 채널-타입 함몰부 또는 이와 유사한 것의 형태의 급송 윤곽부를 제공하는 것이, 가능하다. 급송 윤곽부는, 표면에 인접하게 위치되는 홀더의 내측 에지에서, 가능한 경우, 광학적 요소로부터 누출되는 모든 냉각액을 저장통 내로 가이드하도록 저장통의 방향으로 감소하는, 비교적 큰 폭을 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 장비는, 일반적으로 홀더 내에 캐비티를 형성하는, 냉각 구역으로 냉각액을 급송하기 위한 급송 장치를 구비한다. 급송 장치는 일반적으로, 홀더 내의 진입 개구부를 통해 홀더 내부의 냉각 구역 내로 개방되는, 급송 라인을 구비한다. 냉각액의 급송 및 방출은, 예를 들어, 이상에 인용된 그리고 그 전체가 참조로 본 출원의 내용을 이루는, WO2017/063686A에 설명된 방식으로 이루어질 수 있다.

냉각 구역은, 예를 들어, 홀더 내에, 광학적 요소를 둘러싸며 그리고 예를 들어 자체의 둘레 측면에서 광학적 요소와 접촉하는, 환형 캐비티를 형성할 수 있다. 냉각 구역은 일반적으로, 냉각 구역으로부터 냉각액을 방출하기 위한, 유출 개구부를 구비한다. 냉각액은, 방출 라인에 의해 유출 개구부를 통해 냉각 장치로 급송될 수 있는 가운데, 냉각 장치는, 냉각액에 흡수되는 열을 주변환경으로 또는 다른 매체로 출력한다. 냉각 장치, 급송 라인 및 방출 라인은, 닫힌 냉각 회로를 형성할 수 있다. 대안적으로, 가열된 냉각액은, 예를 들어 냉각수가 사용될 때, 주변환경으로 방출될 수 있다.

다른 실시예에서, 장비는, 검출기에 의해 검출되는 복사의 강도를 기준 강도와 비교하기 위한, 평가 장치를 구비하고, 평가 장치는 바람직하게, 검출기에 의해 검출되는 복사의 강도가 특정값(임계값) 만큼 기준 강도로부터 벗어나는 경우에 급송 장치를 비활성화시키기 위해, 오류 신호를 출력하도록 및/또는 제어 신호를 출력하도록, 구성된다. 평가 장치는, 예를 들어, 마이크로프로세서 또는 이와 유사한 것일 수 있을 것이다. 도입부에 인용된 그리고 그 전체가 참조로 본 출원의 내용을 이루는, EP1398612B1에 설명된 바와 같이, 검출된 복사의 강도는, 평가 장치 내에 저장된 기준 강도와 비교된다. 검출기에 의해 검출되는 복사의 강도가 특정값 만큼 기준 강도로부터 벗어나는 경우, 편차는, EP1398512B1에 설명된 바와 같은, 표면에 대한 손상 또는 표면의 노화에, 또는, 이상에 추가로 설명된 바와 같이, 누출의 존재에, 기여할 수 있다.

오류가 양자 모두의 사례에 존재하기 때문에, 2가지 사례에 대해 서로 구별되는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 구별이 2가지 오류 사례 사이에서 이루어져야 하는 경우, 양자 모두의 사례에 대해 각각의 경우에서, 개별적으로 상이한 오류 신호 및/또는 제어 신호의 출력을 야기하는, 상이한 임계값을 특정하는 것이, 가능하다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 시간에 걸친 검출기에 의해 검출되는 강도의 전개가, 구별을 이루기 위해 사용될 수 있다. 표면 속성들의 변화가, 일반적으로, 비교적 긴 시간규모에 걸쳐 발생하는 가운데, 누출은, 비교적 짧은 기간 내에 검출된 강도의 감소를 야기한다.

저장통 내에 위치되는 냉각액의 표면이 일반적으로 조용하고 부드럽지 않은 대신 실제로 시간에 걸쳐 출렁인다는 사실은, 검출에 영향을 미치지 않는다. 평가 장치에 의한 검출된 강도의 평가는, 단기적 변동 및, 특정값 만큼의 기준 값으로부터의 강도의 매우 짧은 편차를 고려할 수 있다.

평가 장치는, 냉각 구역의 냉각 장치로부터의 또는 급송 장치로부터의 수동 분리(및 레이저의 또는 레이저 빔의 스위치 오프)가 요구된다고, 작업자에게 지시하기 위해 오류 신호를 출력할 수 있다. 대안적으로, 자동화된 분리가, 급송 장치를 비활성화시킬 목적으로 급송 장치에 급송되는 제어 신호를 출력하는, 평가 장치에 의해 실행될 수 있다. 비활성화의 방식은, 예를 들어, 급송 장치의 급송 라인이, 예를 들어, 이러한 목적으로 제공되는 그리고 제어 신호에 의해 적절한 스위칭 위치로 전환되는 제어 가능한 밸브를 폐쇄함에 의해, 폐쇄되도록 하는 것일 수 있다. 누출이 존재하는 경우, 평가 장치는 일반적으로 또한, (레이저) 복사 소스를 스위치 오프하기 위한 제어 신호를 출력한다.

여기에 설명되는 장비는 일반적으로 또한, 그의 표면이 모니터링되며 그리고 일반적으로 그의 측방 에지에 의해 홀더 내에 유지되는, 광학적 요소를 포함한다. 광학적 요소 또는 그의 기재 재료는, 예를 들어 셀렌화 아연(ZnSe), 갈륨 비소(GaAs) 또는 다이아몬드로 형성될 수 있다. 장비는 일반적으로, 광학 시스템 내에 장착되며, 특히 홀더는, 장착된 상태에서, 저장통이 중력의 방향으로 광학적 요소의 모니터링될 표면 아래에 위치되도록, 배향된다(이하 참조). 홀더는, 여기에서, 고정 장치에 의해, 예를 들어 고정 스크류들을 사용하여, 그의 배향으로 고정될 수 있다. 광학적 요소의 모니터링될 표면은 여기에서, 일반적으로, 비록 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 중력의 방향에 실질적으로 평행하게 배향된다.

본 발명의 다른 양태가, 광학적 요소를, 특히 레이저 소스의 출력 커플링 거울 또는 출력 커플링 윈도우를, 모니터링하기 위한 이상에 추가로 설명되는 바와 같은 장비를 포함하는, 레이저 소스, 특히 CO₂ 레이저 소스에 관련된다. 장비는, 레이저 소스의 레이저 공진기의 내측면을 지향하는, 출력 커플링 거울 또는 윈도우의 표면을 모니터링하는 역할을 할 수 있다. 장비는 또한, 도입부에 인용된 EP139612B1에 설명된 바와 같이, 레이저 공진기로부터 떨어진 출력 커플링 거울 또는 윈도우의 외측면을 모니터링하는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 하나의 양태가, 광학적 요소를 모니터링하기 위한 이상에 추가로 설명된 바와 같은 방지를 구비하는, EUV 복사 생성 장치에 관련된다. 광학적 요소는, 레이저 소스의 광학적 요소, 예를 들어 레이저 소스의 이상에 추가로 설명되는 출력 커플링 거울 또는 출력 커플링 윈도우일 수 있다. 광학적 요소는 또한, 레이저 소스의 외측에 배열될 수 있다. 예를 들어, 광학적 요소는, EUV 복사 생성 장치의 드라이버 레이저 장비의 부분을 형성하는, 광학 증폭기의 윈도우일 수 있다. 도입부에 인용된 WO2017/063686A1에 설명된 바와 같은, 레이저 빔을 진공 환경 내로 급송하기 위해 빔 가이드로부터 진공 환경을 분리하도록 구성되는, EUV 복사 생성 장치의 광학적 요소가, 이상에 추가로 설명된 장비에 의해 또한 모니터링될 수 있다.

이상에 추가로 설명된 예들 모두에서, 누출에 대한 광학적 요소의 모니터링은, 물 센서와 같은, 부가적인 구성요소들 없이 이루어질 수 있고, 그 결과 누출 모니터링은, 비용 효율적으로 실행될 수 있다. 부가적으로, 실제로 부가적인 설치 공간이, 누출 모니터링을 위해 요구되지 않는다.

본 발명의 추가적 이점들이, 설명 및 도면으로부터 명백하다. 이상에 언급된 특징들 및 이하에 추가로 언급되는 특징들은 마찬가지로, 각각의 경우에 그 자체로 또는 임의의 요구되는 조합으로 채택될 수 있다. 도시되고 설명되는 실시예들은, 총망라한 목록인 것으로 이해되어서는 안 되며, 대신에 본 발명을 예시할 목적을 위한 예시적인 본성을 갖는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a 내지 도 1c는, 누출에 대해 레이저 소스의 출력 커플링 거울을 모니터링하기 위한 장비의 3개의 개략적 종방향 단면을 도시하며, 그리고,
도 2는 그러한 레이저 소스를 구비하는 EUV 복사 생성 장치의 개략적 도면을 도시한다.
도면들에 대한 뒤따르는 설명에서, 동일한 참조 부호들이, 동일한 구성요소들에 대해 또는 동일한 기능을 갖는 구성요소들에 대해 사용된다.

도 1a 내지 도 1c는, 기능성에 대해 그리고 있을 수 있는 누출에 대해, 레이저 소스의 출력 커플링 거울(2)의 형태의 광학적 요소를 모니터링하기 위한 장비(1)를 도시한다. 부분적으로 투과성의 출력 커플링 거울(2)은, 레이저 소스의 레이저 공진기(4) 밖에서 레이저 빔(3)을 커플링하기 위해 사용된다. 여기에 설명되는 출력 커플링 거울(2)에 대한 대안예로서, 모니터링될 광학적 요소는 또한, 레이저 공진기(4)의 (부분적으로) 투과성의 출력 커플링 윈도우일 수도 있을 것이다.

장비(1)는, 양자 모두 레이저 공진기(4)를 지향하는 출력 커플링 거울(2)의 측부 상에서 출력 커플링 거울(2)의 홀더(7) 내에 통합되는 것인, 도시된 예에서 발광 다이오드의 형태로 구성되는, 광원(5), 및 도시된 예에서 포토다이오드의 형태로 구성되는, 검출기(6)를 포함한다. 광원(5) 및 검출기(6)는 여기에서, 출력 커플링 거울(2)에 대해 서로 직경 방향으로 반대편에 위치되며 그리고, 레이저 공진기(4)를 지향하며 그리고 출력 커플링 거울(2)에 대해 홀더(7)의 종방향으로 측방으로 오프셋되는, 출력 커플링 거울(2)의 평면형 반사 표면(8)에 대해 동일한 각도(α)로 배향된다. 발광 다이오드(5) 및 포토다이오드(6)는 동시에, 대기에 대한 공진기 내부 진공의 종단부를 형성한다.

기준 강도(IR)를 갖는 광원(5)에 의해 방출되는 복사(9)는, 출력 커플링 거울(2)의 표면(8) 상의 중심에 유도된다. 광원(5)은, 출력 커플링 거울(2)의 표면에 대해, 10° 초과의 그리고 30° 미만의, 도시된 예에서 20°의, 각도(α)로 복사(9)를 방출하도록 구성되거나, 또는 출력 커플링 거울(2)의 표면(8)에 대해 그러한 각도(α)로 배열된다. 검출기(6)는, 복사 강도(ID)를 갖는, 그에 대향하여 위치되는 검출기(6) 상으로 표면(8)에 의해 반사되는, 복사(9)를 검출하도록 적절하게 구성 및 배향된다.

장비(1)의 홀더(7)는, 출력 커플링 거울(2)의 원형 둘레면을 따라 연장되는 환형 캐비티인, 냉각 구역(10)을 구비한다. 급송 장치(11)가, 홀더(7) 내에 형성되는 진입 개구부를 통해, 냉각액(12)을 냉각 구역(10) 내로 급송하기 위해 역할을 한다. 냉각 구역(10) 내의 냉각액(12)은, 출력 커플링 거울을 냉각하기 위해 출력 커플링 거울(2)과 직접적 접촉 상태에 놓인다. 가열된 냉각액이 그를 통해 홀더(7)를 나가며 그리고 방출 라인을 통해 방출되는, 유출 개구부가, 환형의 냉각 구역(10)의 직경 방향으로 반대 측부 상에 형성된다.

홀더(7)는, 출력 커플링 거울(2)의 모니터링될 표면(8)이, 중력(Z)의 방향으로, 말하자면 수직으로, 배향되도록, 배열된다. 홀더(7)는 부가적으로, 광원(5) 및 검출기(6)가 중력(Z)의 방향으로 위아래로 배치되도록, 배향되고, 즉 (수평으로 연장되는) 그의 종방향 축을 중심으로 회전된다. 따라서, 광원(5) 및 검출기(6)는, 도시된 예에서, 중력(Z)의 방향에 대해 20°의 각도(α)로 배향된다. 도시된 바와 같은 홀더(7)의 배향의 경우에, 광원(5)은, 중력(Z)의 방향으로, 출력 커플링 거울(2)의 노출된 표면(8) 아래에, 말하자면 홀더(7) 내에 유지되지 않는 표면(8)의 부분 아래에, 배열된다. 따라서, 광원(5)이 그의 바닥에 배열되는, 홀더(7) 내의 구명의 형태의 리세스(13)가, 또한, 출력 커플링 거울(2)의 노출된 표면(8) 아래에 배열된다.

출력 커플링 거울(2) 내의 균열 또는 파손이 존재하는 경우, 냉각액(12)이, 출력 커플링 거울(2)을 통해 레이저 공진기(4)에 들어갈 수 있다. 가능한 한 빨리 그러한 누출을 검출하기 위해, 표면(8) 아래에 배열되는 리세스(13)는, 도 1b에 그리고 도 1c에 도시된 바와 같이, 누출되는 냉각액(12)을 수용하기 위한 저장통으로서 역할을 할 수 있다. 광원(5)과 검출기(6) 사이의 복사(9)의 빔 경로(14)가 여기에서, 리세스(13)를 통과한다. 리세스(13)는 마찬가지로, 출력 커플링 거울(2)의 표면(8)에 대해 각도를 갖도록, 구체적으로 20°의 각도(α)로, 배향된다. 홀더(7)는, 표면(8)에 인접하게 위치되며 그리고 홀더(7)의 최소 내측 직경을 형성하는, 홀더(7)의 내측 에지(7a)로부터, 홀더(7)의 종방향으로 리세스(13)로 연장되는, 원추형으로 연장되는 내측 윤곽부(15)를 구비한다. 원추형 내측 윤곽부(15)는, 출력 커플링 거울(2)에서 누출되는 냉각액(12)을 리세스(13)로 급송하기 위한, 경사진 급송 부분의 형태의 급송 윤곽부를 형성한다. 원추형으로 또는 가능하게는 라운드형 방식으로 연장되는, 경사진 급송 부분(15)은, 또한, 단지 내측 에지(7a)와 리세스(13) 사이의 홀더(7)의 부분적 구역에 걸쳐 종방향으로 연장될 수 있을 것이다.

경사진 급송 부분(15)에 인접한, 리세스(13)의 상측 에지는, 상응하게, 수평에 대해 각도를 갖도록 연장되며 그리고, 출력 커플링 거울(2)의 표면(8)을 지향하며 그리고 냉각액(12)이 그를 통해 리세스(13)에 들어가는, 제1 에지 섹션(16a)을 구비한다. 저장통(13)은 또한, 종방향으로 출력 커플링 거울의 표면(8)으로부터 떨어져 있고, 중력(Z)의 방향으로 제1 에지 섹션(16a) 위에 위치되며, 그리고 이러한 방식으로, 저장통(13)으로부터 표면(8)으로부터 떨어진 홀더(7)의 구역 내로 과잉의 냉각액(12)의 누출에 대응하는, 제2 에지 섹션(16b)을 구비하고, 말하자면, 저장통(13)의 상측 에지는, 단차형으로 형성된다. 추가로 원추형으로 연장되는 면이, 종방향으로 제2 에지 섹션(16b)에 인접한다. 도 1a 내지 도 1c에서 파선들에 의해 예시되는 바와 같이, 홀더(7)는, 2개의 상측 에지 섹션(16a, 16b) 사이에, 둘레 방향으로 둘레로 연장되며 그리고 마찬가지로 냉각액(12)을 저장통(13)으로 둘레 방향으로 급송하기 위한 급송 윤곽부를 형성하는, 채널-타입 함몰부(15a)를 구비한다.

도 1b에서 확인될 수 있는 바와 같이, 냉각액(12)으로 충전되며 그리고 광원(5)의 복사(9)가 그를 통해 통과하는, 경사진 구멍 또는 리세스(13)는, 쐐기 형상을 갖는다. 광원(5)에 의해 방출되는 복사(9)는, 그에 따라, 법선 방향에 대해 20°의 각도(α)로 냉각액(12)의 표면 상에 입사된다. 냉각액(12)의 표면에서, 복사(9)는, 레이저 공진기(4) 내부의 진공 환경에 들어가며, 그리고 이때 냉각액(12)의 표면에서 굴절된다. 냉각액(12)이, 대략 1.33의 굴절률(n)을 갖는, 제시된 예에서와 같은, 물인 경우, 복사(9)는, 냉각액(12)의 표면을 통한 통과 시, 대략 7°만큼 편향되고, 말하자면, 복사는, 대략 13°의 각도(α')로 출력 커플링 거울(2)의 표면(8) 상에 입사된다. 이러한 편향을 고려하면, 검출기(6)에 의해 검출되는 강도(ID)는, 리세스(13) 내의 냉각액(12)의 존재를 동반하지 않는 경우와 비교하여, 상당히 감소된다.

도 1c에서 확인될 수 있는 바와 같이, 발광 다이오드(5)의 형태의 광원은, 수렴 렌즈로서 기능하는 구형으로 만곡된 광 방출면(5a)을 구비한다. 냉각액(12)이 절개부(13) 내에 존재하는 경우, 광 방출면(5a)은, 냉각액(12)에 의해 젖게 되고, 이는, 수렴 렌즈로서의 광 방출면(5a)의 효과를 감소시킨다. 그에 따라, 복사(9)가 발산식으로 발광 다이오드(5)에서 나오는, 도 1c에 예시된 효과가 발생하고, 이는 마찬가지로, 검출기(6)에 의해 검출되는 강도(ID)를 감소시킨다.

냉각액(12)이 리세스(13) 내에 존재하는 경우, 검출기(6)에 의해 검출되는 복사(9)의 강도(ID)는, 광원(5)이 냉각액(12)의 흡수 대역이 그 내부에 위치하게 되는 파장의 복사(9)를 방출한다는 사실로 인해, 더욱 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 광원(5)은, 대략 1 ㎛ 내지 대략 2 ㎛ 사이의 IR 파장 범위 내의 복사(9)를 방출하도록 구성될 수 있다. 냉각액(12)을 통한 통과 시, 복사(9) 중의 일부는, 이러한 경우에, 냉각액 내에 흡수되고, 그 결과, 검출기(6)에 의해 검출되는 복사(9)의 강도(ID)는, 마찬가지로 감소된다. 대안적으로, 광원(5)은, 가시적 파장 범위 또는 다른 파장 범위 내의 복사(9)를 방출하도록 구성될 수 있다.

검출기(6)에 의해 측정되는 반사된 복사(9)의 강도(ID)는, 저장통(13) 내에의 냉각액(12)의 존재 또는 부재 뿐만 아니라, 표면(8)의 특성에도 또한 의존하며, 그리고 결과적으로, 출력 커플링 거울(2)의 표면(8)에 대한 어떠한 손상 및 그러한 표면의 노화에 대한 측정치이다. 검출기(6)에 의해 검출되는 복사 강도(ID)는, 검출된 광 강도(ID)를 저장된 기준 강도(IR)에 대해 비교하기 위해, 평가 장치(17)로, 예를 들어 마이크로프로세서로, 급송된다. 사용되는 기준 강도(IR)는, 예를 들어, (누출을 동반하지 않는) 새로운 출력 커플링 거울(2)에 의해 측정되는, 광 강도(ID)일 수 있다. 검출기(6)에 의해 측정되는 광 강도(ID)가 저장된 기준 강도(IR)로부터, 특정되고 한정된 값(IS)(임계값) 만큼 벗어나는 경우, 평가 장치(17)는, 오류 메시지 또는 오류 신호를 출력하고, 레이저를 스위치 오프하며, 그리고 냉각액(12)이 추가로 냉각 구역 내로 급송되는 것을 방지하기 위해 급송 장치(11)를 비활성화한다. 그러한 목적으로, 평가 장치(17)는, 제어 가능한 밸브 상에 작용하는 제어 신호(18)를, 급송 장치(11)로 출력한다. 누출의 존재와 출력 커플링 거울(2)의 노화 사이의 구별이 이루어져야 하는 경우, 2가지 상이한 임계값(IS)이 평가 장치(17)에서 사용될 수 있을 것이다.

레이저 공진기(4)를 지향하는 출력 커플링 거울(2)의 표면(8)의 도 1a 내지 도 1c에 도시된 모니터링에 부가하여 또는 대안적으로, 이상에 추가로 설명된 방식으로, 레이저 공진기(4)로부터 떨어진 출력 커플링 거울(2)의 표면을 모니터링하는 것이, 또한 가능하다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 레이저 공진기(4)를 구비하는 장비(1)는, 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같은, EUV 복사 생성 장치(20) 내의 CO₂ 레이저 소스(21)로서, 사용될 수 있다. EUV 복사 생성 장치(20)는, 레이저 소스(21)에 부가하여, 3개의 광학 증폭기 또는 증폭 스테이지(23a 내지 23c)를 구비하는 증폭 장비(22), 빔 가이드 장치(24)(더 상세하게 예시되지 않음), 및 초점 조정 장치(25)를 포함한다. 초점 조정 장치(25)는, 표적 재료(26)가 그 내부에 도입되는 진공 챔버(28) 내의 표적 구역에서, 레이저 소스(21)에 의해 생성되고, 증폭 장비(22)에 의해 증폭되며, 그리고 도 1a 내지 도 1c에 도시된 출력 커플링 거울(2)에서 나오는, 레이저 빔(3)을 초점 조정하는 역할을 한다. 레이저 빔(3)에 의한 조사 시, 표적 재료(26)는, 플라즈마 상태로 전이되며 그리고 여기에서, 수집 거울(27)을 사용하여 초점 조정되는, EUV 복사를 방출한다. 레이저 소스(21)는, 증폭 장비(22)와 함께, EUV 복사 생성 장치(20)의 드라이버 레이저 장비(29)를 형성한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 장비(1)는 또한, EUV 복사 생성 장치(20)의 광학적 요소들을 모니터링하는, 예를 들어, 증폭 스테이지들(23a 내지 23c)의 (출력 커플링) 윈도우들을 모니터링하는, 또는 초점 조정 장치(25) 또는 가능하게는, 진공 챔버(28)로부터 빔 가이드 장치(24)를 분리하는, 윈도우를 모니터링하는, 역할을 할 수 있다.

Claims

광학적 요소(2)를 모니터링하기 위한 장비(1)로서:
광학적 요소(2)의 표면(8) 상으로 복사(9)를 방출하기 위한 광원(5),
적어도 부분적으로 광학적 요소(2)의 표면(8)에서 반사된 복사(9)를 검출하기 위한 검출기(6),
광학적 요소(2)를 위한 홀더(7)로서, 광원(5) 및 검출기(6)가 그 내부에 통합되는 것인, 홀더(7)
를 포함하는 것인, 장비(1)에 있어서,
상기 홀더(7)는, 냉각액(12)이 그를 통해 유동할 수 있는, 냉각 구역(10)을 구비하고, 상기 냉각 구역(10)은, 광학적 요소(2)와 접촉하며, 그리고
상기 홀더(7)는, 누출의 경우에 상기 광학적 요소(2)에서 누출되는 냉각액(12)을 수용하기 위한, 상기 광원(5)과 상기 검출기(6) 사이의 빔 경로(14)가 그를 통해 연장되는, 저장통(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장비.
제1항에 있어서,
상기 홀더(7)는, 상기 저장통(13)이, 중력(Z)의 방향으로, 상기 광학적 요소(2)의 상기 표면(8) 아래에 위치되도록, 배향되는 것인, 장비.
제2항에 있어서,
상기 표면(8)을 지향하는 상기 저장통(13)의 상측 에지 섹션(16a)이, 중력(Z)의 방향으로, 상기 표면(8)으로부터 떨어진 상기 저장통(13)의 상측 에지 섹션(16b) 아래에 위치되거나, 또는 그 반대인 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저장통은, 상기 광원(5) 또는 상기 검출기(6)가 그 내부에 배열되는, 상기 홀더(7) 내의 리세스(13)를 형성하는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원(5)은, 중력(Z)의 방향에 대해 10° 초과의 각도(α)로 상기 표면(8) 상으로 복사(9)를 방출하도록 구성되거나;
상기 검출기(6)는, 중력(Z)의 방향에 대해 10° 초과의 각도(α)로 상기 표면(8)에서 반사되는 복사(9)를 검출하도록 구성되거나; 또는
상기 광원(5)은, 중력(Z)의 방향에 대해 10° 초과의 각도(α)로 상기 표면(8) 상으로 복사(9)를 방출하도록 구성되며, 그리고 상기 검출기(6)는, 중력(Z)의 방향에 대해 10° 초과의 각도(α)로 상기 표면(8)에서 반사되는 복사(9)를 검출하도록 구성되는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원(5)은, 만곡된 광 방출면(5a)을 구비하는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원(5)은, IR 파장 범위 내의 복사(9)를 방출하도록 구성되는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀더(7)는, 상기 광학적 요소(2)로부터 상기 저장통(13) 내로 냉각액(12)을 급송하기 위한 급송 윤곽부(15, 15a)를 구비하는 것인, 장비.
제8항에 있어서,
상기 급송 윤곽부는, 상기 표면(8)에 인접하게 위치되는 상기 홀더(7)의 내측 에지(7a)와 상기 저장통(13) 사이에서 연장되는, 경사진 급송 부분(15)을 포함하는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각액(12)을 상기 냉각 구역(10)으로 급송하기 위한 급송 장치(11)를 더 포함하는 것인, 장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(6)에 의해 검출되는 복사(9)의 강도(ID)를 기준 강도(IR)와 비교하기 위한, 평가 장치(17)를 더 포함하는 것인, 장비.
레이저 소스(21)로서:
레이저 소스(21)의 광학적 요소를 모니터링하기 위한 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 장비(1)를 포함하는 것인, 레이저 소스.
EUV 복사 생성 장치(20)로서:
광학적 요소(2)를 모니터링하기 위한 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 장비(1)를 포함하는 것인, EUV 복사 생성 장치.