KR20050005478A - 방사선을 생성하기 위한 방법 및 배치 - Google Patents

Abstract

플럭스의 안정성 및 균일성이 향상된 방사 플라즈마를 생성하는 방법이 공개되어 있다. 상기 방법은, 노즐을 통해 가압하에서 액체를 좨침으로써 제1 타겟을 생성하는 스텝(210); 기체나 플라즈마 클라우드 형태의 제2 타겟을 생성하기 위해 에너지 프리-펄스를 제1 타겟상으로 향하게 하는 스텝(220); 형성된 제2 타겟을 소정 기간동안 팽창시키는 스텝(230);및 플라즈마 방사 X선 또는 EUV방사선을 생성하기 위해, 소정 기간 경과한 후, 주 에너지 펄스를 제2 타겟상으로 향하게 하는 스텝(240)을 포함한다. 상기 프리-펄스는 적어도 1차원적으로, 상기 제1 타겟의 대응 치수보다 큰 빔허리 사이즈를 갖는다.

Description

방사선을 생성하기 위한 방법 및 배치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR PRODUCING RADIATION}

고강도의 EUV 및 X선 원은, 예컨대, 표면 물리학, 재료 시험, 결정 분석, 원자 물리학, 의료 진단학, 리소그래피 및 현미경 검사 등의 다양한 분야에 응용되고 있다. 전자 빔이 애노드에 충돌하도록 되어 있는 종래의 X선 원은, 비교적 저강도의 X선을 생성한다. 싱크로트론 광원 등의 대형 설비는 고평균출력을 생성한다. 그러나, 비교적 고평균출력을 생성하는 컴팩트, 소규모 시스템이 요구되는 여러 응용분야들이 존재한다. 컴팩트하고 저렴한 시스템은 응용 유저에게 접근을 더욱 용이하게 하므로, 잠재적으로 과학분야와 사회에 더 큰 가치를 지니게 된다. 특정 산업의 중요성을 적용한 일례는 미래의 좁은 선폭 리소그래피 시스템을 들 수 있다.

1960년대 이래로, 집적전자회로의 근간을 이루고 있는 구조에 있어서 그 사이즈는 계속 감소해 왔다. 사이즈의 감소에 따른 장점은 저전력이 요구되는 고속의 복잡한 회로를 제공할 수 있다는 것이다. 전형적으로, 0.065㎛를 향해 투영 확장되며 약 0.18㎛의 선폭을 갖는 상기 회로를 산업적으로 제조하기 위해 포토리소그래피가 이용된다. 상기 선폭을 더 감소시키기 위해, 타 방법들이 요구될 수 있겠지만, 그 중 EUV 투영 리소그래피는 후보 제1 순위이며, X선 리소그래피는 몇몇 기술 분야에 있어서 관심을 끌고 있다. EUV 투영 리소그래피는, 원자외선(EUV) 대상 시스템의 파장 범위를 약 10~20nm로 감소시키는 데 이용된다. 콘택트 카피(contact copy) 설계를 채용하는, 근접 X선 리소그래피는 약 1nm의 파장 범위로 행해진다.

고휘도, 높은 공간 안정성, 및 잠재적으로, 고반복율로 인해, 플라즈마 를 생성하는 레이저는 관심을 끄는 탁상용 EUV 및 X선 원이다. 그러나, 종래의 벌크 또는 테잎 타겟으로는, 새로운 타겟 재료가 충분한 속도로 공급될 수 없기 때문에, 특히 고반복율 레이저가 사용될 경우, 동작 시간은 제한된다. 또한, 상기 종래의 타겟은, 플라즈마에 인접하여 위치한 EUV 다층 미러들이나 X선 광학기기와 같은 민감성 성분들을 파괴 또는 코팅시킬 수 있는 파편을 생성한다. 이미 생성된 파편을 민감성 성분들에 도달하지 못하도록 함으로써, 상기 파편의 효과를 제거하기 위한 몇가지 방법들이 고안되어 있다. 대안으로서, 실제 생성된 파편의 양은 종래의 고체 타겟을, 예컨대, 기체 타겟, 기체-클러스터 타겟, 액체-드롭렛 타겟, 또는 액체-분사 타겟으로 대체함으로써 제한될 수 있다.

Opt. Commun.103, p.105, 1993에 발행된, 리멜과 헤르쯔의 논문 "저파편 레이저-플라즈마 연질 X선 생성을 위한 드롭렛 타겟"에 공개된 바와 같이, 미시 적인 액체 드롭렛의 형상을 갖는 타겟은, 고휘도 방출과 더불어 잠재적으로 고반복율 레이저-플라즈마 동작이 가능한 저파편, 고밀도 타겟이다. 상기 드롭렛은, 저압 챔버내의 노즐에서 형성되는 액체 분사를 유도 분산시킴으로써 생성된다. 그러나, 몇몇 유체의 유체역학적 특성은 불안정한 드롭의 형성을 초래한다. 또한, 상기 레이저의 동작은, 상기 드롭렛 형성과 면밀하게 동기되어야 한다. 급속히 증발하는 액체 물질을 사용함에 있어서는 또 다른 문제가 발생할 수 있다, 즉, 드롭이 형성될 수 없도록, 상기 분사체는 생성되는 즉시 결빙된다. 상기 물질은, 표준 압력 및 온도에서 기체 상태이며 드롭렛 타겟의 생성을 위해 액체 상태로 냉각되는 매개체를 주로 포함한다. 드롭렛 형성을 보장하기 위해서는, Rev. Sci. Instrum. 6, pp 625-631, 1977에 발행된, 포스터 외의 논문 "수소의 균일 구체를 생성하기 위한 장치"에 공개된 바와 같이, 저압 챔버에 적절한 기체 분위기를 제공하거나, 상기 분사체 주위에 제공되는 전기 히터로 상기 분사체의 온도를 어는점보다 높게 상승시킬 필요가 있다.

대안으로서, 참고문헌으로 제공된 US-A-6 002 744로부터 알 수 있듯이, 출구나 노즐을 통해 액체 물질을 좨치게(urging) 함으로써 생성되는 분사체에 있어서, 공간적으로 연속하는 부분(이하, 공간연속부)에 레이저 방사체가 포커싱된다. 상기 액체 분사의 방식은, 파편의 생성을 드롭렛 타겟의 경우와 동일한 정도로 낮게 유지하면서, 상기 레이저와 상기 타겟 생성의 시간적 동기화에 대한 요구를 경감시킨다. 또한, 드롭렛 형성에 있어서, 부적절한 유체역학적 특성을 갖는 액체 물질을 본 방식에 사용할 수 있다. 드롭렛-타겟 방식의 다른 장점은, 상기 분사체의 공간연속부가 결빙될 수 있다는 것이다. 상기 액체-분사 레이저-플라즈마원에 대해서는, 타겟 재료로서 액체 질소 및 크세논을 각각 사용한, Rev. Sci. Instrum. 69,p. 2361, 1998에 발행된, 베르크룬트 외 "무파편 레이저-플라즈마 연질 X선 생성을 위한 극저온 액체-분사 타겟" 이라는 논문 및 마이크로일렉트로닉 엔지니어링 46, p. 453, 1999에 발행된, 리멜 외 "EUV 및 X선 리소그래피를 위한 액체-분사 타겟 레이저-플라즈마원" 이라는 논문에 상세히 설명되어 있다. 상기 경우에 있어서, 고밀도 타겟은 상기 분사체의 공간연속부로서 형성되며, 상기 공간연속부는 액체 또는 결빙 상태로 존재할 수 있다. 상기 레이저-플라즈마 원은 고휘도이고, 연속 고반복율 동작이 가능한 저파편원이라는 장점을 가지며, 플라즈마가 출구 노즐로부터 떨어진 곳에 생성될 수 있어, 열부하 및 출구 노즐의 플라즈마-유도 부식을 제한한다. 상기 부식은 손상 파편의 근원이 될 수 있다. 또한, 상기 노즐로부터 떨어진 곳에서 플라즈마를 생성함으로써, 생성된 방사선의 자기 흡수는 최소화될 수 있다. 이는 출구로부터 멀어짐에 따라 분사체(또는 연속 드롭렛)의 온도가 감소하여, 그에 따라 감소하는 증발율에 기인하는 것이다. 이에 따라, 상기 분사체(또는 연속 드롭렛) 주위의 국소 기체 기압도 상기 출구로부터의 거리에 따라 감소한다.

그러나, 많은 물질들, 그리고 특히 보통의 기체 물질을 냉각시켜 형성한 액체 물질들은, 분사-생성 노즐로부터 그 방향에 있어서의 확률적 변화를 겪는 분사체나 연속 드롭렛을 제공한다. 전형적으로, 방향의 변화는 약 ±1°의 크기로 분당 수회 내지 초당 수회 발생할 수 있다. 방향 불안정성에 있어서의 비교적 코스(coarse)한 타입은, 예컨대, 스웨덴 특허출원 No.SE 0003715-0에 공개된 방법에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 어떤 응용분야에 대해서는, 매우 높은 플럭스의 안정성 및 균일성이 요구된다. 매우 높은 플럭스의 안정성 및 균일성이 요구되는 응용의 일례는, EUV 리소그래피에 있어서이다. 특히, 이러한 고도의 안정성은 소위 스테퍼와 도량형 및 검사 장비에 요구된다. 상기 스웨덴 출원에 공개된 방법이 채용되는 경우라 하더라도, 상기 타겟의 위치에 남겨지는 미세한 흔들림이 여전히 존재한다. 이는, 상기 이유들로 인해 가능한 한 출구 노즐로부터 떨어져 있어야 할 상기 레이저 빔의 초점에, 즉, 원하는 빔-타겟-상호작용의 영역에, 공간 불안정성을 차례로 초래한다. 상기 공간 불안정성은 방출 X선 및 EUV 방사선속에 있어서의 펄스 대 펄스 요동과 방사 플라즈마의 공간 불안정성을 일으킨다.

본 발명은 X선 또는 원자외선(EUV) 방사선을 생성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마를 생성하는 에너지 빔에 관련된 플럭스의 안정성 및 균일성에 관한 것이다.

도1은, 종래 기술에 있어서, 에너지 빔에 대한 타겟의 위치 요동의 문제점을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도2는, 본 발명에 따른 방법의 스텝들을 나타내는 개략적인 차트이다.

도3은, 실린더형 타겟이 사용된 경우에 있어서 본 발명의 실행을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도4는, 드롭렛 타겟이 사용된 경우에 있어서 본 발명의 실행을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도5a-e는 프리-펄스와 타겟의 상이한 조합을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도6은, 주 에너지 펄스를 제2 타겟에 매칭시키는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적은, 플라즈마 방출을 생성하는 에너지 빔으로 X선이나 EUV 방사선을 생성하는데 있어서 개선된 방법을 제공하는 데 있으며, 상기 타겟에 있어서의 유해한 결과인 위치의 요동은 제거되거나, 적어도 상당량 감소된다.

일반적으로, 본 발명의 목적은, 레이저 펄스와 같은 에너지 펄스를 타겟상으로 향하게함으로써 생성된, 플라즈마로부터 방출되는 방사선의 공간적 분포, 플럭스 및 위치의 펄스 대 펄스 및 장기적 안정성을 향상시키는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 따른 방법이 제공된다.

본 발명은, 플라즈마 생성을 위한 "프리-펄스(pre-pulse)"를 채용한 새로운 방법에 기초하고 있다. 상기 프리-펄스는 주 플라즈마-생성 펄스에 선행하는 에너지 펄스이다. 프리-펄스는 플라즈마를 생성하는 레이저로부터 총 X선 방출을 증가시키기 위해 이전부터 이용되어 왔다. 예를 들면, M.베르크룬트 외의Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 12(1996), 페이지 1683-1685에 실린 "드롭렛-타겟레이저 플라즈마로부터 X선 방출 및 휘도를 증가시키기 위한 자외선 프리펄스"를 참조하라. 베르크룬트 등은 X선속의 요동의 원인으로서 상기 레이저-빔 초점에 대한 드롭렛 위치의 작은 변화를 들었다. 그러나, 상기 문제점에 대한 해결책은 제안되어 있지 않다. 레이저 펄스 형태의 에너지 펄스가 바람직하지만, 전자빔 펄스와 같은 다른 타입의 에너지 펄스도 생각할 수 있다. 그러나, 이하에서는, 레이저 펄스 형태의 에너지 펄스를 바람직한 예로 들어 설명한다.

일반적으로, 플라즈마의 존재로 인해 야기되는 노즐의 부식 및 열적 부하를 최소화하기 위해, 가능한 한 노즐로부터 떨어진 위치에 방사 플라즈마를 생성하는 것이 바람직하다. 그러나, 에너지 빔이 상기 타겟상으로 향하게 되는 노즐로부터 멀어질수록, 생성된 방사선속은 상기 에너지 빔에 대한 상기 타겟의 방향 불안정성에 대해 더 민감해진다. 이는 플라즈마-생성 빔이 타겟에 최적으로 충돌하지 않아, 불안정하거나 약하게 방사하는 플라즈마를 간헐적으로 생성하기 때문이다. 더욱이, 상기 에너지 펄스가 타겟에 최적으로 충돌하지 않는 다른 이유가 있다. 예를 들면, 상기 타겟이 드롭렛이거나 연속 드롭렛인 경우에 있어서, 상기 드롭렛이 상호작용 영역(상기 에너지 펄스가 타겟상으로 향하게 되는 영역)에 도달하는 시간이 변할 수 있다. 이로 인해 에너지 펄스에 대한 타겟 위치와 관련한 위치 불확정성이 생겨, 생성된 방사선에 있어서 요동이 발생한다. 또한, 상기 타겟은 사실상, 파편들로 분산되는 결빙 분사체일 수 있으며, 유사한 위치 불확정성을 일으킨다. 상기 에너지 펄스에 대한 타겟의 위치 불확정성의 원인에 관계없이, 본 발명은 상기 방출된 방사선의 위치, 플럭스 및 공간 분배에 있어서의 펄스 대 펄스 및 장기적 안정성의 개선책을 제공한다.

진공 문제로 인해, 타겟 분사를 단순히 대규모로 하는 것은 좋은 해결책이 아니다. 극저온 타겟(진공챔버 내에서 증발에 의해 결빙되는 타겟)을 사용할 경우, 타겟 재료의 증발은 양호한 진공을 유지하기 어렵게 한다. 따라서, 너무 많은 증발(이에 따라 진공을 저하시키는)을 발생시키지 않고 더 빠른 전파속도가 이용될 수 있는, 소규모의 타겟 분사를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 타겟 분사에 대한 빠른 전파속도는 상기 타겟의 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 원하는 X선이나 EUV 방사선을 방사하며 높은 이온화도를 갖는 플라즈마를 생성하기 위해 주 에너지 펄스가 향하게 되는, 팽창기체나 플라즈마 클라우드(제2 타겟)를 형성하기 위해 프리-펄스가 사용된다. 상기 타겟이 제1 타겟이라고 할 수 있는 상태의 타겟상으로 상기 프리-펄스를 향하게 하는 한편, 상기 주 에너지 펄스는 프리-펄스에 의해 형성된 상기 기체나 플라즈마 클라우드상으로 향하게 된다. 이 경우에 있어서, 상기 프리-펄스에 의해 형성된 상기 기체나 플라즈마 클라우드를 제2 타겟이라 한다.

본 발명에 따르면, 제2 타겟을 형성하기 위해, 적어도 1차원적으로 상기 타겟의 치수보다 큰 빔허리 사이즈를 갖는 팽창된 프리-펄스가 사용된다. 환언하면, 최소 치수의 타겟보다 큰 빔허리가 상기 프리-펄스에 제공된다. 모든 샷마다 상기 타겟에 "충돌"하기 위해, 상기 팽창된 프리-펄스는 예상되는 타겟 위치에 있어서의 변화량(상기 에너지 빔에 대한)보다 크거나 같은 사이즈를 가져야 한다. 플럭스, 위치 및 분포에 있어서 펄스 대 펄스 또는 장기적 요동에 대한 상기 안정성을 제공하기 위해, 상기 에너지 프리-펄스는, 주 플라즈마-생성 에너지 펄스의 모든 샷마다 유사한 방식으로 충돌될 수 있는, 제2 타겟을 제공해야 한다. 다음, 상기 프리-펄스에 의해 생성된 상기 기체나 플라즈마 클라우드는, 팽창된 제2 타겟을 형성하기 위해 소정 기간동안 팽창된다. 다음, 상기 주 에너지 펄스를 제2 타겟상으로 향하게 하여 비교적 높은 이온화도를 갖는 방사 플라즈마를 형성한다. 상기 주 에너지 펄스의 빔허리 사이즈 및 형상은 상기 제2 타겟의 사이즈 및 형상에 바람직하게 조절된다. 비교적 저에너지를 갖는 프리-펄스를 사용함으로써, 상기 타겟의 최소 치수보다 큰 빔허리 사이즈를 갖지만, 소량의 에너지만이 상기 프리-펄스에 의해 소모된다. 동시에, 상기 프리-펄스는 팽창하는 기체나 플라즈마 클라우드를 생성하여, 제2 타겟을 형성한다. 상기 프리-펄스는 상기 타겟의 최소 치수의 제1 타겟보다 크기 때문에, 제2 타겟상에 대한 제1 타겟의 위치에 있어서의 가능한 편차로부터의 영향은 감소된다. 다음, 주 에너지 펄스는 팽창된 플라즈마 클라우드(제2 타겟)의 사이즈에 바람직하게 조절되어, 총 플럭스에 대한 제1 타겟의 위치에 있어서의 요동의 영향이 급격하게 감소된다. 상기 레이저 포커스 및 제1 타겟의 상대적 위치에 있어서의 미세 요동은, 주 에너지 펄스와 팽창된 제2 타겟 클라우드간의 중첩에 있어서 소규모의 상대적인 변화만을 제공한다. X선이나 EUV 플럭스의 요동은 효과적으로 감소된다.

이에 따라, 절대적인 위치 요동은 제1 및 제2 타겟에 대해 동일하기 때문에, 증가된 사이즈로 인해, 제2 타겟에 대한 상대적인 위치 요동은 급격히 감소된다.

본 발명은, 상기 플라즈마로부터의 방사 플럭스에 있어서의 향상된 안정성을, 펄스 대 펄스 요동 및 장기 안정성의 양 측면에서 제공한다. 또한, 본 발명은, 얻어진 방사선속에 있어서의 증가된 균일성을 제공한다.

상기 프리-펄스와 주 펄스의 빔허리 사이즈 및 형상은 동일한 것이 바람직하다. 양 펄스에 대해 동일한 포커싱 광학기기가 사용될 수 있기 때문에, 상기 사실은 매우 매력적이다. 그러나, 프리-펄스와 주 펄스간의 시간 분리 및 빔허리 사이즈 양자 모두에 대해, 첨부하는 청구항의 범위 내에서 다양하게 선택할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 있어서의 장점들 중 하나는, 생성된 X선이나 EUV 방사선의 방사선속에 있어서 큰 요동을 일으키지 않고, 상기 에너지 펄스를 노즐로부터 멀리 떨어진 타겟상으로 향하게 할 수 있다는 것이다.

일반적으로, 상기 플라즈마로부터 노즐까지의 거리가 증가하는지 여부에 관계없이, 플럭스의 안정성에 있어서의 현저한 증가는 본 발명의 방법에 의해 얻어진다.

이에 따라, 일 국면에 있어서, 본 발명은, 방사선속의 동요가 상당히 감소된, 플라즈마 방출을 생성하는 에너지 빔에 의해 X선이나 EUV방사선을 생성하는 방법을 제공한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 에너지 빔은 레이저 빔인 것이 바람직하다.

타 국면에 있어서, 본 발명은, 플럭스의 안정성이나 균일성을 저하시키지 않고, 종래 기술에 적합한 경우보다 타겟 생성 노즐로부터 더 멀리 떨어진 곳에 플라즈마가 형성될 수 있는, X선이나 EUV 방사선을 생성하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면, 비교적 저품질의 레이저 빔이 플라즈마-생성 에너지원으로서 사용될 수 있는, X선이나 EUV방사선을 생성하는 방법이 제공된다. 이는, 사용되는 어떠한 초점 스폿도 종래 기술에서 사용되어 온 것보다 상당히 크기 때문에 가능한 것이다. 상업적으로 이용가능한 몇몇 레이저에 대해, 상기 빔의 품질은 작은 스폿에 포거싱될 만큼 좋지 못하다.

본 경우에 있어서, 상기 빔허리 사이즈는 반높이 나비(FWHM)이다.

첨부한 도면 중 도1을 참조하여, 종래 기술에서 직면한 안정성 문제를 간략히 설명한다. 전형적으로, 플라즈마 방출을 생성하는 레이저장에 있어서, 레이저 포커스(101)는 공간상에 이상적으로 고정된 위치를 갖는다. 그러나, 우수한 레이저시스템이라도, 타겟(102)과 레이저 빔(101) 사이의 상대적 위치 요동이 발생하거나 부가되는, 빔 조준 안정성이 문제될 수 있다. 따라서, 타겟 위치나 레이저 빔 중 어느 하나라도 동요되면 레이저 펄스는 부분적으로 또는 전체적으로 타겟(102)을 빗맞추게 된다. 도1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상기 레이저 펄스(101)는 동일한 위치(도면상에 파선으로 나타낸)에 이상적으로 중간인 위치에 있다. 시간 t1에서, 타겟의 위치는 이동하여 레이저 펄스(101)는 부분적으로만 타겟(102)을 맞추고; 시간 t2에서, 타겟(102)의 위치는 실질적으로 적절하며; 시간 t3에서, 타겟(102)의 위치는, 레이저 펄스(101)가 타겟을 전체적으로 빗나가도록 되어 있다. 상기 타겟의 위치 요동은, 장기적 안정성을 저하시킬 뿐만 아니라, 생성된 플라즈마로부터 방출되는 방사선의 위치, 플럭스 및 공간 분포의 펄스 대 펄스 안정성을 저하시킨다.

상기 문제점을 극복하기 위해, 본 발명은, 주 에너지 펄스가 방사 플라즈마를 생성하도록 향하게 된 제2 타겟을 생성하기 위해, 팽창된 에너지의 프리-펄스를 이용하는 방법을 제공한다. 도2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 방법은, 노즐을 통해 가압하의 액체를 좨침으로써 제1 타겟을 생성하는 스텝(210); 기체나 플라즈마 클라우드의 형태로 제2 타겟을 형성하기 위해 에너지 프리-펄스를 타겟상에 향하게 하는 스텝(220); 상기 제2 타겟을 소정 기간 동안 팽창시키는 스텝(230); 및 방사 플라즈마를 생성하기 위해 주 에너지의 펄스를 제2 타겟상으로 보내는 단계(240)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 에너지의 프리-펄스는, 적어도 1차원적으로, 제1 타겟의 대응 사이즈보다 큰 빔허리 사이즈를 가짐으로써,플라즈마에 의해 방출되는 방사선의 안정성에 있어서, 상기 적어도 1차원적으로, 상기 에너지 빔에 대한 상기 제1 타겟의 위치 요동으로부터의 영향은 감소한다. 상기한 바와 같이, 에너지 펄스는 레이저 펄스인 것이 바람직하다.

이하 도3을 참조한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 타겟 재료로서 크세논(Xe)을 사용한다. 상기 Xe는 액체 상태로 냉각되어 약 20bar에서 가압 컨테이너(도시하지 않음)에 저장된다. 상기 컨테이너로부터, 상기 Xe는 출구 오리피스나 노즐(도시하지 않음)을 통해 좨쳐져 진공챔버 내에서 분사체(302)를 형성한다. 상기 진공챔버는 약 10^-8mbar의 기본 압력을 갖는다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 노즐의 직경은 20㎛이며, 이에 따라 유사한 직경을 갖는 분사체(302)를 생성한다. 전형적으로, 타겟 재료로서 Xe이 사용될 경우, 어떠한 레이저 펄스라도 조준되기 전, 진공챔버 내에서의 증발로 인해, 상기 형성된 분사체는 고체 상태로 결빙된다. 타겟 재료의 증발은 약 10^-3mbar의 진공챔버 내의 크세논 부분압을 제공한다.

그러나, 상기 타겟은 타 물질로 구성될 수 있으며, 액체 상태로 유지될 수 있다. 또한, 상기 타겟은, 결빙 또는 액체의 연속 드롭렛으로 분리될 수도 있다. 또한, 타겟 재료의 컨테이너, 노즐, 및 어떠한 제어 수단이라도 진공챔버로 요구되는 드롭렛을 운반하도록 조절될 수 있다.

따라서, 생성된 Xe 분사체는 약 20㎛의 직경을 가지며 약 30m/s의 속도로 전파될 수 있다. 노즐로부터 약 50mm에, 방사 플라즈마가 형성된다. 시간 t1에서, 우선, 약 250㎛의 빔허리 사이즈를 갖는 레이저 프리-펄스(301)를 타겟(302)상으로 향하게 함으로써 방사 플라즈마를 생성하는 스텝들이 시작된다. 상기 프리-펄스(301)는 기체나 플라즈마 클라우드를 형성시킨다. 약 100ns의 기간 △t동안, 상기 클라우드는 팽창하여, 주 레이저 펄스(304)를 위한 제2 타겟(303)을 형성한다. 상기 기간이 경과한 후, 시간 t1+△t에서, X선이나 EUV 방사선의 실제 소스가 되는 고이온화된 방사 플라즈마를 생성하기 위해, 제2 타겟(303)상으로 상기 주 레이저 펄스(304)를 향하게 한다.

상기 주 레이저 펄스(304)를 상기 팽창된 제2 타겟(303)의 사이즈보다 조금 더 작게 함으로써, 방출된 방사선의 위치, 플럭스, 및 공간 분포의 펄스 대 펄스 및 장기적 안정성은 더 증가한다. 특히, 상기 주 펄스(304)는, 제2 타겟의 위치에 있어서의 예상되는 변경에 종속하여, 상기 제2 타겟(303)의 확장부 내에 도달하도록 충분히 작은 교차부를 가져야 한다. 상기 주 펄스(304)에 대한 펄스 에너지 및 펄스 길이를 더 조절함으로써, X선이나 EUV 방사선으로의 고 에너지 변환 효율을 유지하면서, 상기 향상된 안정성을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 프리-펄스(301) 및 주 레이저 펄스(304) 양자에 대해 동일한 빔허리 사이즈를 사용할 경우, 양 레이저 펄스에 공통되는 광학 시스템을 채용할 수 있다. 이는 바람직한 실시예에 있어서의 장점이 된다.

원칙적으로, 상기 프리-펄스 및 주 펄스 양자에 대해 동일한 레이저가 사용될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서와 같이, 100ns의 지연은 약 30m의 광학 경로 길이차에 대응된다. 따라서, 상기 프리-펄스 및 주 펄스 각각에 대해, 두 개의 서로 다른 레이저를 사용하는 것이 더 편리할 때가 있다. 상기 바람직한 실시예에 있어서, 1064nm에서 광을 방출하는 두 Nd:YAG 레이저가 사용된다. 그러나, 다른 펄스 길이, 파장, 펄스 에너지 등을 갖는 타 레이저들을 사용해도 된다. 20Hz의 반복율에서 강력한 5ns 길이의 펄스를 전송하기 위해, 상기 레이저는 Q스위치된다. 상기 주 펄스(304)를 구성하는 광은 상기 프리-펄스(301)를 구성하는 광에 비해 100ns 지연된다. 상기 프리-펄스의 에너지는 약 10mJ인 반면, 주 펄스의 에너지는 약 200mJ이다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 프리-펄스 및 주 펄스 모두는 5ns의 동일한 펄스 길이를 갖는다.

상기 레이저 프리-펄스(301)(제1 에너지 펄스)에 의해 생성된 제2 타겟(303)의 팽창은 주로 열에너지에 의해 구동된다. Xe 원자는 비교적 무겁기 때문에, 팽창률은 다소 느리다. 따라서, 제1 레이저 펄스(301)와 제2 주 레이저 펄스(304) 사이의 기간 △t는, 상기 기체나 플라즈마 클라우드(303)가 적절하게 팽창하기에 충분한 만큼 길어야 한다. 더 작은 원자질량을 갖는 타겟 재료에 대해, 제1 및 제2 레이저 펄스 사이의 기간 △t는 더 단축되어야 한다. 또한, 상기 프리-펄스(301)의 에너지가 더 클수록, 상기 클라우드의 팽창(고온으로 인한)율은 더 빨라진다. 따라서, 주 레이저 펄스를 위한 적절한 사이즈 및 밀도를 갖는 제2 타겟을 얻기 위해, 상기 프리-펄스와 주 펄스 사이의 기간은 사용되는 타겟 재료와 프리-펄스의 에너지에 따라 설정되어야 한다. 각 상황에 맞는 적절한 설정은 본 명세서를 읽고 이해한 당업자라면 알 수 있다.

바람직한 실시에 있어서, 제1 타겟(302)은 실린더형 분사체이기 때문에, 상기 분사체(302)의 전파 방향에 대해 횡단하는 치수에 있어서, 상기 프리-펄스(301)와 상기 타겟이 충돌하지 않는 위험성만이 있다. 따라서, 상기 분사체에 횡단하는 늘여진 연장부를 갖는, 프리-펄스에 대해 라인 포커스를 사용하는 것이 바람직하다. 이를 도5c에 개략적으로 나타내었다. 그러므로, 상기 제1 타겟의 기하 형태에 따라, 상기 프리-펄스는 상기 제1 타겟보다 1차원적으로만 더 큰 것으로 충분할 수 있다.

도4는, 도3에 나타낸 경우와 유사한 실시에 대해 개략적으로 나타내고 있다. 그러나, 도4에서는, 타겟 재료의 실린더형 분사가 아닌, 제1 타겟으로서 드롭렛(402)이 사용된다. 이 경우, 횡축 치수(드롭렛의 전파 방향)에 있어서, 제1 타겟(402)에 충돌하지 않을 잠재적 위험성도 있다. 따라서, 이 경우, 원형 빔허리 교차부를 갖는 프리-펄스(401)를 사용하는 것이 바람직하다. 레이저 펄스(401)가 타겟상으로 향하게 되는 위치에 상기 타겟 드롭렛(402) 도달의 타이밍에 있어서의 지터(jitter)는, 제1 타겟의 위치 요동 또는 불확정성을 일으킨다. 또한, 상기 타겟보다 큰 프리-펄스(401)를 사용함으로써, 방사선속의 안정성에 대한 상기 요동으로부터의 영향은 감소된다.

가장 바람직한 실시예에서는 회전 대칭형 초점 스폿(501a)(도5a)을 채용하지만, 타 실시예에서는, 라인 포커스들(501b,501c)(도 5b,5c)과 같이, 연장된 초점 형상을 이용하고 있다. 도5b는, 실린더형 타겟(502b)과 같은 너비로 연장되는 라인 포커스(501b)가 사용되는 경우를 나타내고, 도5c는, 실린더형 타겟(502c)에 횡단하는 라인 포커스(501c)가 사용된 경우를 나타낸다. 모든 타 관점에서, 라인 포커스를 갖는 실시예의 특징은 상기 원형 초점 스폿을 갖는 실시예의 경우와 유사하다. 드롭렛(502d)이나 연속 드롭렛(502e)으로 구성되는 제1 타겟을 사용하는 경우, 원형 프리-펄스(501d,501e)를 사용하는 것이 바람직하다(도5d 및 5e). 일반적으로, 레이저 빔 포커스가 적어도 1차원(즉, 위치 요동으로부터의 영향이 감소되는 치수)적으로 타겟보다 크다면, 본 발명을 실시하는 데 있어서, 에너지 빔(레이저 빔)에 대해 어떠한 타입의 포커스라도 사용될 수 있다.

도6에는, 제2 타겟에 대한 주 에너지 펄스의 매칭을 나타내었다. 팽창된 제2 타겟은 파선(603)으로 나타내었고, 제2 타겟에서의 주 에너지 펄스의 빔허리는 실선(604)으로 나타내었다. 팽창된 제2 타겟(603)의 상대적 위치가 조금만 변하여도, 주 에너지 펄스(604)가 향할 때의 제2 타겟의 위치와 관련하여, 다소의 불확정성은 여전히 존재한다. 이러한 이유로, 상기 주 에너지 펄스(604)는 팽창된 제2 타겟(603)보다 다소 작은 빔허리를 갖는 것이 바람직하다. 펄스로부터 펄스로 제2 타겟(603)의 위치가 소량 변할 경우, 전체 주 펄스(604)는 타겟 재료와 여전히 충돌하므로, 안정성을 증대시키게 된다.

본 발명은 몇 가지 바람직한 실시예들에 관해 상술하였다. 그러나, 당업자라면 청구항에 한정된 본 발명의 영역 내에서, 다양한 변경 및 개조를 안출해 낼 수 있다.

예를 들면, 제1 타겟을 생성하는 노즐의 직경은, 여기서 공개한 것과는 다른 치수을 가질 수 있다. 상기 제1 타겟의 직경의 절대 크기는 본 발명의 목적과 거의 무관하다고 할 수 있다. 또한, 상기 제1 타겟은 파편들로 분산되는 결빙 분사체 또는 반연속의 분사체일 수 있다.

또한, 바람직한 실시예에 있어서 약 20bar로 설정되는, 타겟 재료를 위한 컨테이너 내부 압력은, 10bar 미만부터 100bar를 훨씬 초과하는 압력일 수 있다. 또한, 이것은 본 발명의 원리와 거의 무관한 파라미터이다.

또한, 본 발명은 타겟 재료로서 Xe에 관해 기술하였다. 그러나, 본 발명은, 에탄올과 같은 다양한 종류의 유기 액체 뿐만 아니라, 타 불활성 기체(액체상태로 냉각된); 여러 화합물 및 혼합물; 및 주석과 같은 액체 금속 등과 같이, 다른 타겟 재료에도 적용할 수 있다.

또한, 상기 타겟상으로 동시에 향하게 되는, 복수의 제1 및 제2 에너지 펄스를 사용하는 것도 본 발명의 영역에 속할 수 있다.

결론적으로, 증가된 플럭스의 안정성 및 균일성을 갖는 방사 플라즈마를 생성하는 방법이 공개되었다. 상기 방법은, 노즐을 통해 가압하에서 액체를 좨침으로써 제1 타겟을 생성하는 스텝; 기체 또는 플라즈마 클라우드 형태의 제2 타겟을 생성하기 위해 에너지 프리-펄스를 제1 타겟상으로 향하게 하는 스텝; 상기 형성된 기체나 플라즈마 클라우드를 소정 기간 동안 팽창시키는 단계; 및 플라즈마 방사 X선 또는 EUV방사선을 생성하기 위해 소정 기간 경과 후, 주 에너지 펄스를 상기 기체나 플라즈마 클라우드상으로 향하게 하는 단계를 포함한다. 상기 프리-펄스는, 적어도 1차원적으로, 제1 타겟의 대응 치수보다 큰 빔허리 사이즈를 가짐으로써, 상기 방사선속 안정성에 있어서, 적어도 상기 일차원적으로, 제1 타겟의 위치 요동으로부터의 영향은 감소한다.

Claims (20)

1. 플라즈마를 생성하는 에너지 빔으로부터의 방출에 의해 X선 또는 EUV 방사선을 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은;

   노즐을 통해 가압하에서 액체를 좨침으로써 제1 타겟(302,402,502)을 생성하는 스텝(210);

   제2 타겟(303,403,603)을 생성하기 위해 상기 제1 타겟상으로 제1 에너지 펄스(301,401,501)를 향하게 하는 스텝(220);

   소정 기간동안 제2 타겟을 팽창시키는 스텝(230); 및

   X선 또는 EUV 방사선을 방출하는 플라즈마를 생성하기 위해, 제2 에너지 펄스는 제1 에너지 펄스의 에너지보다 큰 에너지를 가지며, 소정 기간 경과 후,상기 제2 타겟상으로 제2 에너지 펄스(304,404,604)를 향하게 하는 스텝(240)을 포함하고;

   상기 제1 에너지 펄스(301,401,501)는, 적어도 1차원적으로, 상기 타겟(302,402,502)에 상기 제1 타겟의 대응 사이즈보다 큰 빔허리 사이즈를 가짐으로써, 상기 플라즈마에 의해 방출되는 방사선의 안정성에 있어서, 적어도 1차원적으로, 상기 에너지 빔에 대한 제1 타겟의 위치 요동으로부터의 영향이 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   제2 에너지 펄스가 상기 제2 타겟상으로 향할 때, 제2 에너지 펄스(304,404,604)는 대응되는 제2 타겟(303,403,603)의 치수보다 작은 빔허리 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 에너지 펄스(301,401,501)의 빔허리 사이즈 및 형상은 제2 에너지 펄스(304,404,604)의 경우와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

   제1과 제2 에너지 펄스 사이의 소정 기간은 20ns부터 500ns까지의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 에너지 펄스들(301,401,501;304,404,604) 중 적어도 하나는 레이저 펄스인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제1 타겟은 약 20㎛의 직경을 갖는 실린더형 분사체 또는 드롭렛이고, 제1 타겟 및 제2 타겟상으로 각각 포커싱될 때, 제1 및 제2 에너지 펄스의 빔허리는 모두 원형이며, 약 250㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 에너지 펄스는 각각 상기 제1 타겟 및 제2 타겟상으로, 노즐로부터 10mm를 초과한 거리에서 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제1 타겟은 공간적으로 연속적 또는 반연속적(semi-continuous) 분사체인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제1 타겟은 드롭렛인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    상기 제1 타겟은 제1 에너지 펄스가 상기 제1 타겟상으로 향하게 되는 위치에서 결빙 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 타겟 재료는 Xe인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1 에너지 펄스의 에너지는 제2 에너지 펄스의 에너지의 1% 내지 10%인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

    제1 에너지 펄스 및 제2 에너지 펄스의 펄스 길이는 양자 모두 약 5ns인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 제1 에너지 펄스의 빔허리 사이즈는 상기 제1 타겟의 최소 치수보다 2 내지 20배 큰 것을 특징으로 하는 방법.
15. 상기 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 생성된 방사선은 EUV 리소그래피와 관련하여 이용되는 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 생성된 방사선은 EUV 리소그래피 스테퍼 장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제15항에 있어서,

    상기 생성된 방사선은 EUV 도량형 또는 검사 장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 생성된 방사선으로 X선 검경을 행하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 생성된 방사선으로 X선 형광을 행하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 생성된 방사선으로 X선 회절을 행하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.