KR20020035493A - 가스방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 엑스-방사선을생성하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에서 진행되는 가스 방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 X-방사선을 생성시키기 위한 장치에 관한 것이다. 이때 상기 장치의 경우 2개의 주 전극들이 제공되어 있으며, 상기 주 전극들 사이에는 가스로 충전된 간극이 위치하며, 상기 주 전극들은 각각 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구에 의해서는 하나의 대칭축(5)이 정의되어 있으며, 그리고 전환효율을 증대시키기 위한 수단들이 제공되어 있다. 선호되는 적용 범위는 상기와 같이, 대략 1-20nm의 파장 영역 내, 특히 예컨대 EUV 리소그래피와 같이 13nm 정도의 파장 영역 내 극자외선(EUV) 방사선 혹은 연 X-방사선이다.

Description

가스방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 엑스-방사선을 생성하기 위한 장치{DEVICE FOR PRODUCING AN EXTREME ULTRAVIOLET AND SOFT X RADIATION FROM A GASEOUS DISCHARGE}

DE 28 04 393 C2로부터는, 전극의 정렬된 개구들 사이의 간극 내 적어도 하나의 플라즈마 채널이 형성되는 하전입자의 생성 및 가속을 위한 전극정렬(electrode arrangement)이 공개되어 있다. 하전입자는 플라즈마 채널로부터 방출되며 그리고 전자파 방사선이 방출되는 상태에서 고체 상에 부딪친다. 그로 인해 가시광선 혹은 X 방사선이 생성된다. 상기의 해결방법 하에서 단점으로서는 DE 28 04 393 C2 내에 공개된 입자가속기의 경우 장치의 수명을 감소시키며, 마모의 영향을 받는 제동 고체(braking solid)를 필요로 한다. 또한 단지 대략 각각 10^-4번째 충격 입자의 경우에서만 방사선 양자(radiation quantum)가 생성되며, 그럼으로써 방사선 생성 시 효율은 낮아지게 된다.

US 4,771,447로부터는 전극들 사이의 공간이 진공화되며 그리고 묶음의 형태로 가스가 수용되는 DE 28 04 393 C2와 유사한 전극 기하구조의 사용이 지시되어 있다. 이러한 가스 퍼프 작동(gas-puff operation) 시에 플라즈마는 두 전극들 사이의 도처에서 생성되며 그런 다음 방사선을 방출하는 각각의 핀치 플라즈마 채널로 수축된다. 이러한 가스 방전 시에 파쉔(Paschen) 곡선의 우측 다리부(leg) 상에서 기능하게 된다. 그와 반대로 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에서의 기능은, 점화가 가스 용적 내에서 그리고 그로 인해 특히 저마모성의 방식으로 가능하다는 이점을 갖는다. 또한 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에서의 기능 시에 방사선 생성기와 전압 공급장치 사이에 제어부재 없이도 기능할 수 있으며, 이러한 점은 저유도성이며, 그로 인해 매우 효과적인 플라즈마 내 에너지 주입을 가능하게 한다. 상기 플라즈마는 시간 평균상 에너지 주입이 동일할 시에 다시금 더욱 높은 반복률의 경우 더욱 낮은 펄스 에너지를 가능하게 하며, 이러한 점은 마찬가지로 전극정렬의 마모를 감소시킨다. 각각의 요건에 따라 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에서의 작동은 또한 상대적으로 낮은 가스 압력의 경우에서의 기능을 허용하며, 이러한 점은 가스 방전 시스템 내 더욱 극미한 방사선 흡수를 초래한다. 이러한 이유에서 가스 퍼프는 방사선원으로서 덜 적합하다.

일반적인 장치는 DE 197 53 696 A1으로부터 공지되어 있다. DE 197 53 696 A1으로부터 인용한도 1은 단일 채널 의사 스파크 스위치(single channel pseudo spark switch)의 기하구조를 가지는 하나의 전극정렬을 도시하고 있으며, 가스로 충전된 간극(7)을 포함하는 하나의 캐소드(1)와 하나의 애노드(2)를 포함하고 있다. 상기두 전극들(1, 2)은 각각 하나의 개구(3, 4)를 포함하며, 상기 개구에 의해 하나의 대칭축(5)이 정의된다. 이러한 전극 기하구조의 경우 가스 방전은 전극들 사이의 최소 경로 상에 확산될 수 없는데, 왜냐하면 이러한 경우 전하 캐리어의 중앙 자유 경로 길이가 전극간 간격보다 더욱 크기 때문이다. 가스 방전은 그런 다음 더욱 긴 경로를 찾게되는데, 왜냐하면 단지 방전 간격이 충분한 경우에만 방전의 유지를 위한 충분히 많은 이온화 충격이 가능하기 때문이다. 상기의 더욱 긴 경로는 상기 예에 있어서는 개구들(3, 4)에 의해 제공 가능하며, 상기 개구들에 의해 대칭축(5)이 정의되어 있다. 이러한 점의 결과로 단지 하나만의 플라즈마 채널이 형성되며, 상기 플라즈마 채널은 앞서 정의한 대칭축(5)을 포함하며 그리고 상기 채널의 측면 팽창은 보어 한계 정지부(limiting stop)에 의해 결정된다. 그러므로 상기의 가스 방전의 경우 플라즈마는 개구의 직경에 의해 결정되는, 대칭축(5) 상의 실린더 내부에서 점화된다. 이어서 플라즈마는 더욱 작은 직경을 가지는 실린더 상에서 수축된다. 그러므로 DE 197 53 696 A1 내에 제공되는 플라즈마는 채널 핀치 플라즈마인데, 다시 말해 점화 단계에서 뿐 아니라 플라즈마의 수축 후에도 또한 항상 하나의 플라즈마가 존재하며, 상기 플라즈마의 외부 치수는 하나의 채널을 나타낸다. 이러한 플라즈마는 자체로 방사하는 매체이다. 방사선의 감결합(decoupling)은 대칭축(5)을 따라 축방향으로 주 전극의 개구들(3, 4)을 통과하여 이루어진다.

특히 EUV 리소그래피에 대한 상용상의 목적으로, 선행기술로부터 공지된 해결방법에서 이루어지는 것보다 더욱 높은 방사선 강도가 요구된다. 그러므로 예를 들어 플라즈마 채널 및 그로 인한 전극간 간격은 통상 단지 2-3밀리미터 정도 증대될 수있으며, 그럼으로써 EUV 방사선원의 강도는 제한된다. 또한 전극간 간극 내 강제적으로 요구되는 활성가스는 생성된 방사선의 무시해서는 안 될 부분이 플라즈마 체임버를 벗어나기 전에 이 방사선 부분을 흡수하게 된다.

본 발명은 청구항 제 1 항의 도입절에 따라 가스 방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 X-방사선을 생성하기 위한 장치에 관한 것이다. 선호되는 적용범위는 대략 1-20nm의 파장 영역 내, 특히 예컨대 극자외선(EUV) 리소그래피와 같이 13nm 정도의 파장 영역 내의 상기와 같은 극자외선(EUV)-방사선 혹은 연 X-방사선이다.

도 1은 선행기술에 따르는 전극 기하구조에 관한 도이며;

도 2는 보조 전극들을 포함하는 전극 구성에 관한 도이며;

도 3은 추가 가스 유입 개구들을 포함하는 전극 구성에 관한 도이며;

도 4는 추가 개구들을 포함하는 전극 구성에 과한 도이며;

도 5는 환형 추가 개구를 포함하는 전극에 관한 도이다.

본 발명의 기술적 과제는 EUV영역(파장 대략 λ= 10 ~ 20nm) 및 연 X레이 파장 영역(파장 대략 λ= 1 ~ 10nm) 내에 있어서 특히 높은 방사선 강도를 달성할 수 있도록 하는 하나의 방사선 방출 플라즈마를 포함하는 장치를 제공하는 것에 기초한다.

상기 기술적 과제의 해결 방법은 청구항 제 1 항 내 제시된 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항들 내에 제시되어 있다.

본 발명에 따라 전술한 문제들은 가스 방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 X 방사선을 생성하기 위한 장치들에서 해결된다는 사실이 인정되었다. 이때 상기 장치들의 경우 2개의 주 전극들이 제공되어 있으며, 상기 두 전극들 사이에는 가스로 충전된 간극이 위치하며, 이때 주 전극들은 각각 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구에 의해서는 하나의 대칭축이 정의되어 있으며, 그리고 상기 개구들은 추가로 전환효율을 상승시키기 위한 수단을 이용한다.

높은 방사 전력을 필요로 하는 적용, 즉 예컨대 EUV 리소그래피의 경우 주입 가능한 전력이 제한된다. 그러므로 상기 주입된 에너지가 방사에너지로 얼마나 효율적으로 변환 내지 전환되는가 하는 점, 다시 말해 전환효율이 얼마나 높은가하는 점 역시 중요하다. 이때 관련하는 방사 에너지 내지 방사선은 단지 사용자가 실제로 사용하는, 다시 말해 장치를 최종적으로 벗어나는 바로 그 에너지 내지 방사선일뿐이다.

다음에서 기술하는 전환효율을 증가시키기 위한 수단에 의해서는 가스 방전의 전력 퍼텐셜이 더욱 개선되어 사용될 수 있으며 그리고 희망하는 대로 더욱 높은 방사전력이 달성될 수 있다. 이러한 점은 우선적으로 입자밀도가 상승함으로써 보장된다. 상기의 모든 수단에 의해 방사선 강도가 원하는 대로 증가된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 따라서 전환효율을 증가시키기 위한 수단으로서 적어도 하나의 보조 전극이 제공될 수 있는데, 상기 보조 전극은 상이한 유형 및 방식으로 전극 장치 내에 위치 설정될 수 있다.

보조 전극 혹은 보조 전극들을 주 전극들의 개구들 후방에, 다시 말해 간극의 반대방향으로 향해 있는 주전극 개구들의 측면 상에 위치 설정할 수 있다. 그러므로 바람직한 것으로 증명된 점에 있어서 포지티브 퍼텐셜 상에 위치하는 보조 전극을 네가티브 하전 주 전극의 후방에 위치 설정한다. 이러한 할당은 우선적으로 가스 방전의 점화 전계 강도 내지 점화 전압의 상승을 야기한다. 이러한 점은 동시에 더욱 많은 에너지가 가스 방전 내로 주입될 수도 있기 때문에, 이러한 효과를 보상하기 위해 일정한 점화 전압이 설정된다. 점화 전압은 파쉔 법칙에 따르는 전극간 간격 및 가스 압력의 함수이다. 그러므로 일정한 점화 전압은 본 발명에 따른 장치의 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에서의 작동 시에 더욱 높은 가스 압력이 설정됨으로써 설정되는데, 왜냐하면 통상적으로 더욱 높은 가스 압력은 점화 전압을 강하시키기 때문이다. 그럼에도 불구하고 가스 압력이 더욱 높아지는 경우 플라즈마 입자 밀도가 더욱 커지거나 혹은 전제척으로 방사선 방출에 기여하는 더욱 많은 입자가 존재하게 된다. 이때 상승된 방사선 방출은 가스 방전 내에 공급되는 에너지가 균일하며, 그로 인해 전환효율이 더욱 커지는 경우에 이루어진다.

또한 보조 전극들을 주전극들 사이에 위치시킬 수 있다. 그런 다음 보조 전극들은 대칭축 상에 하나의 개구를 포함하고 있어야 하는데, 왜냐하면 플라즈마의 수축 후에 플라즈마 채널이 대칭축 상에 위치하기 때문이다. 그럼으로써 주 전극들 사이의 간격은 확대될 수 있다. 이때 보조 전극들은 주 전극들 사이의 절연체에 인접한 플라즈마의 원하지 않는 점화를 억제한다. 그로 인해 분명히 더욱 길어진 플라즈마 채널이 몇몇 센티미터의 길이까지 제공될 수 있으며, 그리고 DE 197 53 696 A1의 경우와 같이 2-3밀리미터의 길이 뿐 아니라 그 이상으로 길어질 수 있다. 더욱이 그로 인해 축방향 관찰 시에, 다시 말해 대칭축을 따라 관찰할 시에 계수 10 정도 더욱 높은 방사선 강도가 이용될 수 있다.

더욱 길어진 플라즈마 채널의 경우에 더욱 증대된 방사선 강도는 더욱 효율적인 에너지 전환으로의 원인을 갖는다. 다시 말해 2개의 주전극들 사이에 위치하는 하나 혹은 그 이상의 보조 전극들을 가지는 상기 2개의 주전극들의 전극 구성은 하나의 애노드, 하나의 캐소드 및 그 사이에 위치하는 하나의 플라즈마를 포함하는 2개 혹은 그 이상의 단순한 전극 구성의 직렬 회로로서 생각할 수 있다. 이때 에너지 전환은 결정적으로 임피던스에 종속되며, 그리고 플라즈마의 임피던스가 대략 생성기(generator)의 임퍼던스와 동일할 경우 상기 전환이 최적화된다. 간단한 전극정렬의 임피던스는 통상적으로 생성기의 임피던스보다 분명하게 더욱 작기 때문에, 다수 개의 직렬로 접속되는 전극들의 활용은 희망하는 대로 더욱 큰 플라즈마의 임피던스를 야기한다. 더욱 긴 플라즈마 채널은 조건에 따라 개선된 에너지 전환에 의해 더욱 많은 방사선 방출 입자를 포함하며, 이러한 점은 원하는 대로 더욱 큰 방사선 강도를 야기한다.

또한 더욱 긴 방사선 방출 플라즈마 칼럼은, 작동 조건이 적합한 경우 유도 방전에 의해 결 맞는 방사선이 방출되는 장점을 갖는다. 이러한 점은 지금까지 단지 비용이 많이 드는 모세관 방전에 의해서만 보고된다. 이러한 경우 하나의 뢴트겐 레이저가 제공되는데, 이 레이저의 방사되는 방사강도는 플라즈마 채널 길이와 더불어 지수의 방식으로 크기 조정되며, 그럼으로써 특히 높은 세기가 달성될 수 있다.

주 전극들의 개구들은 상이하게 형성되어 있을 수 있다. 우선적으로 두 개구들이 관통 개구일 수 있다. 그러므로 예를 들어 각각의 개구라면 각각의 전극 내로 천공되는 원통형의 관통 홀이 될 수 있다. 그런 다음에는 캐소드 개구에 의해서 방사선이 감결합될 수 있다.

그러나 애노드의 경우 관통 개구 대신에 예컨대 블라인드 홀 형태의 하나의 그루브를 선택할 수 있다. 그루브의 선택은 개선되거나 혹은 더욱 단순한 애노드의 냉각을 허용한다. 그런 다음 상기 그루브는 전극이 가지는 두께보다는 적은 깊이를 갖는다. 이러한 경우에도 또한 가스 방전의 형성을 위해 표준 방향이 제공되는데, 왜냐하면 반대측, 다시 말해 캐소드 상의 개구가 더욱 긴 전계 라인을 제공하기 때문이다. 상기 그루브는 원통 대칭형으로 형성되어 있을 수 있으며 혹은 원추형 역시 될 수 있다. 관통 개구 대신 그루브를 이용하는 경우 전하 캐리어는 전극들 사이의 영역 내에서 더욱 짧은 간격을 이용하게 된다. 이러한 점은 더욱 작은 전극간 간격과 동일한 효과를 가지는데, 다시 말해 점화 전계 강도 내지 점화 전압의 상승이 야기된다. 만약 점화 전압이 일정하게 유지된다고 한다면, 이러한 점은 더욱 높은 가스 압력에서의 기능을 허용하며, 이러한 점은 원하는 대로 더욱 높은 방사 효율을 야기한다. 요약하자면 상기와 같은 장치의 형성 시에 전환효율을 증가시키기 위한 수단이 관통 애노드 개구 대신에 선택한 애노드의 하나의 그루브 내에 위치한다는 것이다.

경우에 따라 애노드의 경우 개구를 완전히 사용하지 않을 수도 있다. 이러한 사례는 냉각을 최적화하며 그리고 점화 전계강도를 최대화하는, 가능한 한 작은 그루브의 한계 사례로서 간주될 수 있다.

또 다른 바람직한 형성예에 따라서 주 전극들에 다수 개의 개구들이 제공되어 있을 수 있으며, 동시에 상기 개구들은 대칭축 둘레에 대칭의 방식으로 배치된다. 가장 간단한 정렬에 있어서 개구들은 하나의 원을 형성하는데, 상기 원은 전극 장치의 대칭축 상에서 자신의 원점 내지 자신의 중심을 갖는다. 이러한 점은 플라즈마의 점화 단계에서 시작 반경을 임의로 사전 설정하는 것을 허용한다. 이러한 사항은 예컨대 DE 197 53 696 A1 내에 제안된 해결방법의 경우 단지 매우 제한되는 방식으로 가능하다. 그러므로 더욱 큰 시작 반경은 다수 개의 추가 개구에 의해 더욱 큰 플라즈마 입자밀도를 야기하는데, 왜냐하면 현재의 이해에 따라 단지 시작 반경에 의해 결정되는 용적 내에 포함되는 입자들만이 플라즈마 상태로 전환될 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 경우 대칭축 상의 중앙 개구의 단순한 확대는 적합하지 못한데, 왜냐하면 그렇게 되는 경우 조사의 결과 가스 방전의 점화가 어려워지기 때문이다.

전극들 내에 다수 개의 개구가 존재하는 경우 다중 채널 의사 스파크 스위치에서와 같이 시간상 동기화가 몇몇 플라즈마 스트랜드의 점화 시에 보장되어야 한다. 이러한 경우 우선적으로 전극들에 있어서 2-3 킬로볼트에서 20-30킬로볼트의 영역에 위치하는 충분히 큰 고정 전압이 인가되어야 한다. 전압이 충분히 높은 경우 가스 방전에 있어 일반적으로 공지된 전하 캐리어를 배가시키는 메카니즘에 의해 가스 방전이 이루어진다. 이때 점화는 전하 캐리어(플라즈마 혹은 전극들)를 캐소드에 인접한 공간 내에 주입함으로써 트리거 되는 작동에 의해 이루어진다. 점화 자체는 지정된 전극 기하구조의 경우 전극간 간격 및 가스 압력으로 구성된 생성물이 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에 위치하는 방식으로 가스 압력이 제공될 시에 이루어진다. 앞서 언급한 주 전극들의 개구들 후방에 위치하는 보조 전극들을 이용하여 플라즈마 채널의 동시 점화가 개선된다. 주 전극들 내에 상호간에 겹쳐 위치하는 다수 개의 개구들이 존재할 경우 애노드 및 캐소드의 개구들 사이에서 동시 점화가 이루어질 시에 몇몇 전류 스트리머가 형성된다. 전류 펄스(전류 펄스는 통상적으로 2자리수 킬로암페어 범위의 진폭을 포함한다)에 의해 혹은 그와 결부되는 자기 자계(self magnetic field)에 의해 몇몇 전류 스트리머가 대칭축 상에 가속화되며 그리고 그곳에서 원통 대칭형 채널의 외부 치수를 이용하여 핀치 플라즈마를 형성한다.

추가의 바람직한 실시예에 따라서 주 전극들에 각각 하나의 환형 개구가 제공되어 있을 수 있다. 그런 다음 두 개의 주 전극들은 대칭축 상의 개구와 더불어 추가로각각 하나의 동일한 원형 개구를 가지게 되며, 이때 상기 원형 개구의 중심 내지 원점은 대칭축 상에 위치한다.

추가의 바람직한 본 발명의 구성에 따라 전환효율을 증대시키기 위해 펄스 형성 회로망이 전류 공급장치로서 제공될 수 있다. 다시 말해 조건에 따라 플라즈마 다이내믹에 의해 가스 방전의 전기적 특성이 예컨대 10 ns의 매우 짧은 시간척도로 변경된다. 이때 최적의 플라즈마 다이내믹은 크기 절단형 전류 펄스에 의해 실현될 수 있는데, 다시 말해 의도하는 바대로 설정 가능한 길이, 전류 상승 시간, 형태 등을 가지는 전류 펄스에 의해 실현 가능하다. 만약 전류 공급장치로서 단지 하나의 커패시터 뱅크가 사용된다면, 감쇠진동이 설정되는 경우 단지 2개만의 파라미터, 즉 전류 진폭 및 진동 시간만이 설정된다. 그에 반해 펄스 형성 회로망의 경우 펄스 특성은 의도하는 바대로 더욱 정확하게 설정된다. 그와 더불어 설정되는 개선된 플라즈마 다이내믹은 원하는 바대로 가스 방전 내 공급되는 전기 에너지의 방사선 에너지로의 개선된 전환, 다시 말해 더욱 높은 전환효율을 야기한다.

마찬가지로 바람직하게는 펄스 형성 회로망의 사용이, 전압 상승 시간이 최적화되어야 하는 경우에도 이루어진다. 상기 전압 상승 시간은 전극에 인가된 전압을 목표값까지 상승시키기 위해 필요한 시간이다. 만약 전압 상승 시간이 가스 방전의 항복시간보다 짧다면, 다시 말해 전압의 인가와 전류흐름의 투입 사이의 시간보다 짧다면, 전압이 점화 전압보다 더욱 큰 경우에 점화가 이루어지게 된다. 이러한 점은 다시금 최초에 언급한 보조 전극들이 주 전극들의 개구들 후방에 위치하는 경우와 마찬가지로 더욱 높은 가스 압력을 가지고 기능하는 것을 허용하며, 이러한점은 더욱 높은 방사선 강도를 야기한다.

펄스 형성 회로망의 가능한 실현은, 주 전극들이 직접적으로 연결되어 있는 커패시터 뱅크에 추가로 하나 혹은 그 이상의 추가 커패시터를 제공하는 점에 있다. 이러한 추가 커패시터들은 하나 혹은 그 이상의 포화성 자기 스위치(saturable magnetic switch)를 통해 접속된다. 또한 상기 스위치를 적합하게 사용함으로써 예컨대 핀치 플라즈마의 구성 단계 바로 전에, 그리고 그로 인해 방사선 방출 전에 추가 에너지가 플라즈마 내에 주입될 수 있다. 또한 그렇게 함으로써 상기 방사선원의 사용자로 하여금 더욱 많은 방사용량을 사용할 수 있도록 허용한다.

전환효율을 증가시키기 위한 추가 조치는, 전극 간극 내 활성가스용 가스 입구 개구 및 가스 배출 개구와 더불어 적어도 하나의 추가 가스 유입구가 제공되는 점에 있다. 통상적으로 방사선원은 준정상 가스 흐름 시에 파쉔 곡선의 좌측 다리부 상에 압력이 낮은 파스칼 압력인 경우 작동하게 된다. 준정상 가스 흐름은, 실제로 전극 시스템 내 전체적으로 균일한 압력이 지배하는 점을 보장한다. 적어도 하나의 추가 가스 유입구 혹은 가스 배출구가 제공되어 있음으로 해서, 전극 시스템 내 해당 위치에서 체계적으로 가스가 유입되거나 혹은 배출될 수 있다. 그럼으로써 또한 전극정렬의 상이한 공간영역 내에 상이한 가스를 제공할 수 있다. 그러므로 예를 들어 대칭축 상의 플라즈마 채널의 영역 내에 있어서 큰 핵원자 수를 가지는 하나 혹은 그 이상의 가스, 예컨대 크세논, 네온, 산소 혹은 단순하게는 주변 공기가 제공될 수 있다. 이러한 중량의 가스의 경우 가스가 플라즈마 상태로 전환될 시에 이와 관련되는 λ=1 ~ 20nm의 스펙트럼 범위 내에서 전자기가 전이되는 기본적인 규칙이 형성된다. 또 다른 공간 영역 내에서, 그리고 특히 플라즈마 채널 및 X레이 게이트 사이의 공간 영역 내에 있어서, 다음으로 예컨대 헬륨 혹은 중수소와 같은 경량의 가스가 제공될 수 있다. 그러나 상기 경량의 가스는 생성된 방사선을 특히 극미하게만 흡수하며, 그럼으로써 사용자는 특히 높은 방사선 강도를 사용할 수 있게 된다.

가스의 유입 및 배출을 위한 또 다른 혹은 추가의 개구들의 추가 이점은, 그로 인해 플라즈마 채널 영역 내에 있어서 더욱 용이하게 더욱 높은 플라즈마 입자밀도가 달성될 수 있다는 점에 있다. 예를 들어 상기의 사항은 주 가스인 크세논에 장치의 대칭축 상의 중앙 개구들 사이의 영역 내에서 추가로 헬륨이 혼합됨으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공간 영역 내 상기와 같은 균질 가스 혼합에 의해 점화 전압은 가스 밀도가 더욱 높은 경우 플라즈마 방전을 위한 더욱 높은 값으로 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 또 다른 형성예에 있어서는 주 전극들(1, 2)의 중앙 개구들(3, 4)이 제공되어 있는데, 플라즈마 체임버의 반대 방향으로 향해 있는 측면 상의 상기 주 전극들의 개구들은 가스로 충전된 간극을 향해 있는 측면 상에서 것보다 더욱 크다. 이때 또한 두 개구들 중 단지 하나만의 개구가 상기와 같은 방식으로 설계되어 있을 수 있다. 이러한 점에서 대칭축 상의 핀치 플라즈마 채널의 원통 대칭으로 인해 바람직하게는 개구 내지 개구들 역시 동일한 대칭축을 가지면서 원통 대칭한다.

그러므로 상기 중앙 전극 개구들은 원추형으로 혹은 원뿔대의 형태로 형성되어 있을 수 있으며, 동시에 원뿔대 첨두는 플라즈마 체임버로 향해 있다. 원추형 개구들을 이용하여 마찬가지로 전환효율의 상승이 달성될 수 있다.

중앙 전극 개구들의 상기와 같은 선택에 의한 전환효율의 상승은, 상기 전극 개구들에 의해 통상적인 원통 대칭형 개구의 경우 가능한 것보다 더욱 많은 방사선을 감결합시킬 수 있느냐에 달려 있다. 실험에서 10mm의 직경을 가지는 원통 대칭형 개구가 선택되었으며, 동시에 관찰자에게는 전극의 두께가 지정된 경우 플라즈마가 대칭축에 대해 대략 14°의 각도 이하에서 관찰될 수 있었다. 실험에서 원추형 개구를 선택한 경우에는, 60°의 각도 이하에서 상기 플라즈마를 식별할 수 있었다. 그러므로 플라즈마 내에 공급된 에너지가 균일한 경우 원통 대칭형 개구의 경우에 반해 대략 계수 20 정도가 더욱 큰 감결합된 방사선 강도가 생성되었다.

원추형 개구들의 추가 이점은, 이면각(dihedral angle)이 일정한 경우 상기 개구들은 또한 더욱 두꺼운 전극들의 선택을 허용한다는 점에 있다. 전극들은 작동되는 동안 냉각되기 때문에 더욱 두꺼운 전극들의 냉각은 얇은 전극을 가지는 것보다 더욱 용이하게 달성된다. 개선된 냉각은 다시금 더욱 큰 에너지 공급을 허용하며, 그럼으로써 더욱 높은 성능에 대한 전극 구성의 최적화가 가능하게 된다.

본 발명에 따르는 장치의 또 다른 실시예에 있어서는, 가스로 충전된 간극(7)과 초고진공(UHV) 내 위치하는 장치의 부분 사이에 모세관으로 이루어진 하나 혹은 그 이상의 시스템이 진공 분할을 위해 제공되어 있다. 모세관들은 직경과 비교하여 자신의 길이에 근거하여 가스에 대한 높은 흐름 저항을 포함하며, 그럼으로써 높은 압력 강하가 달성될 수 있다. 그러므로 모세관에 의해 특히 높은 초고진공이 제공될 수 있으며, 그럼으로써 방사선 흡수는 장치의 상기의 부분 내에서 감소된다. 시스템 내 주입되는 에너지가 동일할 시에 상기의 사항은 원하는 바대로 각각의 적용에 대해 더욱 큰 방사선 강도를 야기한다.

모세관의 시스템에 대한 가능한 실현은 마이크로 채널 플레이트이다. 마이크로 채널 플레이트는 중공 채널들을 포함하고 있으며, 상기 채널들을 통해 방사선은 간극(7)으로부터 UHV 영역(19) 내로 도달할 수 있으며 그리고 상기 UHV 영역에서 응용될 수 있게 된다. 자체적으로 얇은 마이크로 채널 플레이트는 매우 안정적이며 그리고 생성된 EUV 방사선에 대한 높은 전송률을 보인다. 그러므로 마이크로 채널 플레이트는 전극 시스템의 각각 기하구조에 따라 원통형 디스크로서 형성되어 있을 수 있다. 마이크로 채널 플레이트들은 한자리수에서 두 자리수까지의 마이크로 미터 영역 내 직경을 가지는 채널들로 가득 차 있다. 그러므로 예컨대 한자리수 밀리미터 영역 내 두께를 가지는 마이크로 채널 플레이트를 선택할 수 있다. 이때 상기 마이크로 채널 플레이트의 표면은 최소한 50%까지, 바람직하게는 최소한 70%까지 마이크로 채널의 개구들로 구성된다.

또한 기하구조 공간상 모세관의 정렬을 선택할 수 있는데, 상기 정렬을 이용하여서는 방사선이 플라즈마 소스로부터 수집 및 형성되는 방식 및 적합한 방식으로 각각의 적용 광 시스템 내에 주입될 수 있다. 상기의 시스템에 대한 실례는 Kumakhov 렌즈이다.

다음에서 본 발명에 따르는 방사선원은 실시예에 따라서 상세하게 설명된다.

도 2는 전환효율 내지 방사효율을 상승시키기 위한 보조 전극들(9a, 9b)을 추가로 포함하는 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 전압 공급되는 전극들(1, 2) 사이에는 가스로 충전된 간극(7) 내에 있어서 방사선을 방출하는 핀치 플라즈마(11)가 형성된다. 간극(7)의 반대 방향으로 향해있는 캐소드(1)의 측면 상에는 하나의 보조 전극(9a)이 위치하며, 상기 보조 전극을 통해 가스 방전의 점화 전계 강도가 상승한다. 이러한 점은 다시금 가스 압력이 더욱 상승된 경우 더욱 높은 방사효율의 상태에서의 작동을 허용한다. 보조 전극(9a)은 작동 시에 캐소드(1)에 반해 포지티브 퍼텐셜을 포함한다. 주 전극들 사이에는 또한 더욱 긴 핀치 플라즈마 칼럼(11)을 제공하기 위한 보조 전극(9b)이 위치한다.

조사 결과 플라즈마 칼럼(11)은 주 전극들의 개구들(3, 8) 내로 전혀 혹은 단지 극미하게만 돌출되었으며, 그리고 그로 인해 방사선 감결합을 위한 개구들의 원통 대칭형 실시예의 경우 단지 극미한 이면각만이 사용할 수 있었다. 그러므로 상기 실시예의 경우 원통 대칭형 개구(3)는 10mm의 직경을 포함하며, 그로 인해 관찰자는 전극들의 두께가 지정된 경우 플라즈마를 여전히 대칭축(5)에 반하여 α=14°의 각도 하에서 관찰할 수도 있게 된다. 그러므로 방사효율을 높이기 위해 개구(8)는 원추형으로 설계되었다. 원추형으로 개구(8)가 설계되는 경우 플라즈마(11)는 대칭축(5)에 반하여 여전히 β=60°의 각도 하에서 관찰자에 의해 식별될 수 있다. 그러므로 플라즈마 내 공급된 에너지가 균일할 시에, 원통 대칭형 개구의 경우에 반해 대략 계수 20 정도가 큰 감결합된 방사선 강도가 생성된다.

도 3은 도 2에서와 동일한 전극 구성의 기본도이긴 하지만, 보조 전극을 포함하고 있지 않다. 추가로 중공 캐소드(1)의 영역(14)으로부터 가스 유입 및/또는 가스 배출을 위한 보조 개구들(13a, 13b)이 제공되어 있다. 그러므로 상기 개구들(13b)을 통해 가스 방전을 위해 필요한, 예컨대 크세논, 산소 혹은 SF₆과 같은 방전가스가 주입될 수 있으며, 상기 방전 가스는 간극(7) 내에서 점화된다. 도 3 내에 도시되지 않은 전극 시스템의 후방 영역 내에는 헬륨 혹은 수소와 같은 극미한 흡수률을 가지는 가스가 위치한다. 생성된 방사선용으로 상기와 같은 투명 가스는 개구들(13a)을 통해 영역(14) 내로 주입된다. 이러한 점에서 투명 가스의 유입용 개구들(13a)은 방전가스의 유입용 개구들(13b)보다 더욱 멀리 개구(8)로부터 떨어져 위치한다. 그러므로 우선적으로 X레이 게이트(10)의 방향으로 향해있는 캐소드(1)의 영역(14)의 부분 내에는 경량성 가스가, 그리고 보호 유리(10)의 반대방향으로 향해있는 영역(14)의 부분 내에 혹은 개구(8)와 근접하여서는 중량성 방전 가스가 위치해 있다.

이러한 절차의 경우 2가지 가능성이 제공된다. 한편에서는 두 가스들이 도 3 내에 도시되어 있지 않은 개구들을 통해 가스로 충진된 간극(7)의 영역 내에서 두 가스유형의 혼합이 이루어지는 방식으로 흡입될 수 있다. 이러한 점은 전극 간극(7) 내에 위치하는 플라즈마 채널 내에서 더욱 높은 플라즈마 입자밀도가 달성될 수 있다는 장점을 갖는다. 대체되는 방식으로 개구(13a)의 한 부분은, 전극 시스템의 후방 영역 내 경량성 가스의 층흐름을 조정함으로써, 경량성 가스의 흡입을 통해 혼합이 계속해서 회피되는 방식으로 이용될 수 있다. 그러므로 경량성 가스는 계속해서 X레이 게이트(10)의 방향으로 향해있는 영역(14)의 부분 내에 머무르게 된다. 그러나 상기의 경량성 가스는 방전가스보다 매우 극미하게 방사선을 흡수하며, 그럼으로써 사용자는 원하는 바대로 더욱 큰 방사용량을 이용하게 된다.

개구들(13a, 13b)의 활용을 위한 추가 가능성은, 방전 가스를 개구들(13b)을 통해서가 아니라, 도 3 내에 도시되지 않은, 가스로 충전된 간극(7) 혹은 애노드(2)의 영역 내 개구들을 통해 유입하고 그리고 개구들(13b)을 통해 배출하는 점에 있다. 경량성 내지 투명 가스는 다시금 개구들(13a)을 통해 유입된다. 이러한 실시예로부터 개구들(13a)은 방전가스 혹은 방전가스들을 가스 유입을 위해서 뿐 아니라 가스 배출을 위해서도 이용될 수 있으며, 그리고 개구들(13a)은 단지 경량성 가스 혹은 가스들을 가스 유입하기 위해 이용될 수 있음을 알 수 있다.

도 4는 전극들(1, 2)이 추가 원형 개구들(14)을 포함하는 본 발명에 따른 장치의 실시예를 도시하고 있다. 이때 상기 개구들(14)은 각각의 전극 내부에서 원형으로 그리고 원과 결부되어서는 등거리에 위치하여 배치되어 있다. 이때 애노드(1) 및 캐소드(2)는 대칭축(5)과 관련하여 동일한 기하구조로 정렬되는 동일한 수의 동일하게 형성된 개구들을 포함한다. 이러한 형성예에 의해 대칭축(5)에 따라애노드(2) 내 모든 개구(4)에 대해 바라볼 때 상기 개구의 후방에 위치하는 캐소드(1) 내 개구가 위치한다. 전극에 전압을 인가할 시에 가스 방전의 점화 단계에서 다수 개의 플라즈마 필라멘트들(15)을 형성하게 된다. 상기 플라즈마 필라멘트들(15)은 다음에서 흐르는 전류의 자기 자계에 근거하여 대칭축(5) 상의 단 하나의 중앙 방사선 방출 핀치 플라즈마 채널(11)로 수축된다. 방사선의 감결합은 대칭축(5)을 따라 축방향으로 이루어진다. 만약 X레이 게이트의 방향으로 향하는 전극이 캐소드(1)라면, 바람직하게는 중앙 개구(4)와 추가 개구들(14) 사이에 하나의 차폐부(16)가 제공된다. 상기 차폐부(16)는, 그로 인해 단지 얇은 플라즈마 필라멘트(15)의 채널들 내에서만 이루어지고, 대칭축(5)에 따르는 중앙 채널 내에서는 이루어지지 않는 점화가 용이해지도록 하는 장점을 갖는다. 만약 X레이 게이트(10)의 방향으로 향해있는 전극이 애노드(2)라면, 상기 차폐부(16)는 이용될 수 없는데, 왜냐하면 점화가 단지 캐소드 측면에서만 이루어지기 때문이다.

또한 도 5는 평면도로서 하나의 추가 환형 개구(17)를 포함하는 중앙 개구(3)를 포함하는 전극을 도시하고 있다. 상기 환형 개구(17)는 하나의 중심 내지 하나의 대칭축을 포함하며, 상기 대칭축은 전극 구성의 대칭축(5)과 일치한다. 상기 실시예에서 X레이 게이트(10)의 방향으로 향해있는 하나의 전극은 도 4에 따르는 실시예와 같이 하나의 추가 차폐부(16)를 필요로 한다.

도면의 주요 부호 설명

1: 캐소드2: 애노드

3, 4: (주-) 개구5: 대칭축

6: 스페이서로서 절연체7: 가스로 충전된 간극

8: 원추형으로 설계된 개구

9a: 주 전극의 개구 후방에 위치한 보조 전극

9b: 주 전극들 사이에 위치한 보조 전극

10: X레이 게이트(X-ray gate)11: 핀치 플라즈마

12: 관찰자

13a, 13b: 가스 유입 개구 및/또는 가스 배출 개구

14: 전극 내 추가 개구15: 플라즈마 필라멘트

16: 차폐부(shield)17: 환형 개구

19: 장치의 초고진공(UHV-) 영역.

Claims (14)

1. 가스 방전으로부터 극자외선 방사선 및 연 X-방사선을 생성시키기 위한 장치로서, 2개의 주 전극들(1, 2)이 제공되어 있으며, 상기 주 전극들 사이에는 가스로 충전된 간극(7)이 위치하며, 주 전극들(1, 2)은 각각 하나의 개구(3, 4)를 포함하며, 상기 개구에 의해서는 하나의 대칭축(5)이 정의되며, 그리고 전극들은, 가스 방전이 단지 정렬 개구들(3, 4)에 의해 결정되는 용적 내에서만 형성되는 식으로 형성되어 있으며, 그리고 대칭축 상에서 발생하는 플라즈마 채널은 EUV 및/또는 X-방사선에 대한 소스인 장치에 있어서, 전환효율을 증대시키기 위한 수단들(8, 9a, 9b, 13a, 13b, 14, 15, 17)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 개구들(3, 4) 중 적어도 하나의 개구가 간극(7)의 반대 방향으로 향해있는 측면 상에서, 간극(7)의 방향으로 향해있는 측면 상에서보다 더욱 크게 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 개구들(3, 4)이 원뿔대 모양으로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 애노드 개구(2)가 비관통 그루브로서 그리고 특히 블라인드 홀로서 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 하나의 보조 전극(9a, 9b)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 하나의 보조 전극(9a)이 주 전극들(1, 2) 중 하나의 주 전극의 개구(3, 4) 후방에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 대칭축(5) 상에서 하나의 개구를 포함하는 하나의 보조 전극(9b)이 주 전극들(1, 2) 사이에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 두 주 전극들(1, 2)이 다수 개의 개구들(14)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 주 전극들(1, 2) 내 개구들(14)이 하나의 원 상부에 배치되어 있으며, 상기 원의 중심을 통과하여 대칭축(5)이 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 두 주 전극들(1, 2)이 하나의 환형 개구(17)를 포함하며, 동시에 상기 환형 개구(17)의 중심은 대칭축(5) 상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 펄스 형성 회로망(11)이 전압공급장치로서 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 전극 간극(7) 내 활성가스에 대한 가스 유입 개구 및 가스 배출 개구와 더불어 적어도 하나의 추가 가스 유입 혹은 가스 배출 개구(13a, 13b)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 가스로 충전된 간극(7)과 장치의 고진공화 영역(19) 사이에 있어서 모세관의 시스템이 진공 분리를 위해 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 모세관의 시스템이 마이크로 채널 플레이트 혹은 Kumakhov 렌즈인 것을 특징으로 하는 장치.