KR20140079616A - 극자외선 발생장치. - Google Patents

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박종주
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Abstract

극자외선 발생장치가 개시된다. 극자외선 발생장치는 레이저광을 출력하는 광원, 상기 레이저광의 펄스폭을 압축하는 펄스폭 압축계, 상기 펄스폭이 압축된 레이저광을 입사 받아 극자외선 광을 발생시키는 가스셀, 및 상기 펄스폭 압축계와 상기 가스셀을 수용하는 진공챔버를 포함한다.

Description

극자외선 발생장치.{Extreme Ultra Violet(EUV) generation device}
본 개시는 극자외선 발생장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 출력되는 극자외선의 특성이 우수하고, 장기적으로 안정화된 극자외선 발생장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 집적도가 증가함에 따라, 회로 패턴이 미세화되어 종래 사용되어 오던 가시광선이나 자외선을 사용한 노광 장치에서는 그 해상도가 부족해지고 있다. 해상도를 높이는 하나의 방안으로, 노광 광원으로 파장이 100nm 이하인 극자외선(extreme ultra-violet:EUV)을 사용한 노광 공정이 활발히 연구되고 있다.
본 개시는 진공챔버 내부에 펄스폭 압축계를 채용하는 극자외선 발생장치로서, 출력되는 극자외선의 특성이 우수하고 장기적으로 안정화된 극자외선 발생장치를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 레이저광을 출력하는 광원; 상기 레이저광의 펄스폭을 압축하는 펄스폭 압축계; 상기 펄스폭이 압축된 레이저광을 입사 받아 극자외선 광을 발생시키는 가스셀; 및 상기 펄스폭 압축계와 상기 가스셀을 수용하는 진공챔버;를 포함한다.
상기 펄스폭 압축계는 처프 미러(chirp mirror)를 포함할 수 있다.
상기 펄스폭 압축계는 입사되는 광의 펄스폭을 30% 내지 60% 의 범위 내에서 선택적으로 압축할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 진공챔버 내에 상기 가스셀에 입사되는 레이저광의 파면을 제어하는 파면 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 파면 제어부는 가변형 반사경(deformable mirror:DM)을 포함할 수 있다.
상기 파면 제어부는 GA(genetic algorithm)을 적용하여 광의 파면을 조절할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 진공챔버 내에 상기 레이저광의 위치를 안정화하기 위한 위치 안정화계;를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 안정화계는 광에 대해 일부 투과성을 갖는 평면거울; 상기 평면거울의 제1지점을 투과한 광으로부터 상기 레이저광의 신호를 측정하는 제1센서; 및상기 제1센서로부터 받은 신호를 바탕으로 상기 진공챔버 내의 광학부품의 위치를 조절하는 제1위치조절부;를 포함할 수 있다.
상기 위치 안정화계는 상기 평면거울의 제2지점을 투과한 광으로부터 상기 레이저광의 신호를 측정하는 제2센서; 및 상기 제2센서로부터 받은 신호를 바탕으로 상기 진공챔버 내의 광학부품의 위치를 조절하는 제2위치조절부;를 포함할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 광원과 상기 진공챔버 사이에, 상기 레이저광의 펄스폭을 확대하는 펄스폭 확대계; 및 상기 펄스폭 확대계를 통과한 레이저광의 출력을 증폭시키는 증폭기;를 더 포함할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 가스셀에 입사하는 레이저광을 집광하는 초점거울;을 더 포함할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 레이저광을 출력하는 광원; 상기 레이저광의 펄스폭을 확대하는 펄스폭 확대계; 상기 펄스폭 확대계를 통과한 레이저광의 출력을 증폭시키는 증폭계; 상기 증폭된 레이저광의 펄스폭 제1펄스폭으로 압축시키는 제1펄스폭 압축계; 상기 제1펄스폭으로 압축된 레이저광을 제2펄스폭으로 압축시키는 제2펄스폭 압축계; 상기 제2펄스폭으로 압축된 레이저광을 입사 받아 극자외선 광을 발생시키는 가스셀; 및 상기 제2펄스폭 압축계와 상기 가스셀을 수용하는 진공챔버;를 포함할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 진공챔버 내에 배치되며, 상기 가스셀에 입사하는 레이저광의 파면을 조절하는 DM(deformable mirror);을 더 포함할 수 있다.
일 유형에 따르는 극자외선 발생장치는 상기 진공챔버 내에 배치되며, 상기 가스셀로 부터 출력되는 극자외선의 위치를 안정화하기 위한 위치 안정화계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2펄스폭 압축계는 한 쌍의 처프 미러(chirped mirror)를 포함할 수 있다.
상술한 극자외선 발생장치는 펄스폭 압축계가 진공챔버 내부에 배치되어 있어, 레이저광이 진공챔버의 윈도우를 통과할 때 발생할 수 있는 자기위상변조 현상을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 극자외선 발생장치는 파면제어계를 통해 가스셀에 입사하는 레이저광의 왜곡된 파면을 보상하여 특성이 우수한 극자외선을 발생할 수 있다.
그리고, 상술한 극자외선 발생장치의 위치 안정화계는 레이저광의 왜곡을 최소화하며, 장기적으로 안정화된 레이저광을 제공할 수 있다.
따라서, 상술한 극자외선 발생장치는 특성이 우수하고 장기적으로 안정화된 극자외선을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선(Extreme Ultra-Violet:EUV) 발생장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 극자외선 발생장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 극자외선 발생장치의 예시적인 구조를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 극자외선 발생장치의 펄스폭 확대계 및 펄스폭 압축계에 사용될 수 있는 펄스폭 조절계를 나타낸 것이다.
도 5는 극자외선 발생장치에 사용될 수 있는 가변형 반사경(deformable mirror:DM)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 펄스폭 압축계의 배치와 자기위상변조신호를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 개시의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 개시는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다. 또한, 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선(Extreme Ultra-Violet:EUV) 발생장치(1)의 구조를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 극자외선 발생장치(1)는 레이저광을 출력하는 광원(10), 진공챔버(100), 상기 진공챔버(100) 내부에 배치된 가스셀(170, gas cell) 및 펄스폭 압축계(110)를 포함한다. 또한, 극자외선 발생장치(1)는 펄스폭 확대계(20), 증폭기(30), 파면제어계(130), 및 위치 안정화계(150)를 더 포함할 수 있다.
광원(10)은 레이저광을 출력하며, 상기 레이저광은 펨토초(femtosecond) 펄스폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 광원(10)은 펨토초 색소레이저, 펨토초 광섬유 레이저 또는 펨토초 고체레이저일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 광원(10)은 티타늄사파이어(Ti:sapphire) 레이저일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 광원(10)은 IR(infra-red) 레이저일 수 있다. 상기 광원(10)은 출력광의 세기를 조절하거나, 출력광의 파형과 주기 등을 조절할 수 있는 적절한 부수적인 장치들을 더 포함할 수도 있다. 상기 광원(10)에서 출력되는 레이저광의 펄스폭은 수 내지 수십 펨토초일 수 있다.
펄스폭 확대계(20) 및 증폭기(30)는 광원(10)에서 나온 레이저광의 출력을 시스템에서 요구하는 출력까지 증폭시키기 위한 구성일 수 있다. 펄스폭 확대계(20)는 광원(10)에서 출력되는 레이저광의 펄스를 시간영역에서 펼쳐줌으로써, 레이저광이 증폭매질(gain medium)에는 손상을 주지 않고 통과하면서 충분한 에너지를 얻을 수 있게 할 수 있다. 펄스폭 확대계(20)는 회절격자의 쌍(pair), 프리즘의 쌍, 또는 처프미러(chirped mirror)의 쌍 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 펄스폭 확대계(20)는 레이저광의 펄스폭을 수 내지 수십배 확대할 수 있다. 일부 실시예에서, 펄스폭 확대계(20)에 의해서 확대된 펄스폭은 수백 펨토초일 수 있다.
진공챔버(100)는 본 개시에 따른 각 구성요소들을 진공 분위기 내에 위치시켜 극자외선 발생시 필요한 레이저광이 대기 중에서 흡수되는 것을 막기 위한 구성일 수 있다. 진공챔버(100)는 진공을 분위기를 형성하기 위해 외부에 설치된 진공펌프(미도시) 및 진공게이지(미도시) 등을 더 구비할 수 있다. 극자외선 발생시 진공챔버(100)의 진공도는 10-3 Torr 이하일 수 있다. 상기 진공챔버(100)는 상기 광원(10)에서 발생한 레이저광을 입사 받을 수 있는 윈도우(101)을 구비한다. 윈도우(101)는 레이저광의 진행방향에 대해 수mm의 두께를 가질 수 있다. 윈도우(101)는 Quartz로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 후술할 자기위상변조(self-phase modulation:SPM)의 발생을 최소화할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.
가스셀(170)은 상기 진공챔버(100) 내부에 배치되며, 가스셀(170) 내부에는 네온(Ne), 제온(Xe) 또는 아르곤(Ar) 등의 가스가 채워질 수 있다. 가스셀(170)로 레이저광이 조사되면, 레이저광과 가스셀(170) 내부에 채워진 가스는 서로 상호작용하여 고차조화파가 생성된다. 즉, 레이저광에 의해 가스셀(170) 내부에 채워진 가스의 원자로부터 떨어져 나간 전자가 운동에너지를 가지고 다시 원자와 재결합하는 과정이 발생하게 되며, 이때 다양한 파장범위의 고차조화파가 생성된다. 생성된 고차조화파에서 원하는 영역의 파장 대의 광을 선택할 수 있다. 즉, 극자외선 영역대의 파장을 선택할 수 있다. 예를 들면, 대략 13.5nm의 파장을 갖는 광을 선택할 수 있다.
펄스폭 압축계(110)는 가스셀(170)에 입사되는 레이저광의 펄스폭을 압축시키기 위한 것으로, 진공챔버(100) 내부에 배치된다. 레이저광이 가스셀(170)에 조사되어 고차조화파가 생성되기 위해서는 레이저광은 매우 높은 첨두출력(peak power)이 필요하다. 높은 첨두출력을 얻기 위해서, 펄스폭 압축계(110)를 이용하여 레이저광의 펄스를 시간적으로 압축할 수 있다. 압축된 펄스폭은 레이저광의 펄스폭을 수 내지 수십배 압축할 수 있으며, 예를 들면, 압축된 펄스폭은 수 내지 수십 펨토초일 수 있다. 펄스폭 압축계(110)는 회절격자의 쌍(pair), 프리즘의 쌍, 또는 처프미러(chirp mirror)의 쌍 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 펄스폭 압축계(110)는 펄스의 압축율을 고려하여 복수로 형성될 수 있다.
펄스폭 압축계(110)는 진공챔버(100) 내부에 배치되어 있어서, 레이저광이 진공챔버(100)의 윈도우(101)를 통과하면서 발생할 수 있는 자기위상변조(self-phase modulation:SPM)에 의한 스펙트럼 왜곡 현상을 방지할 수 있다.
레이저광이 높은 출력(power)과 짧은(short) 펄스폭을 갖게 되면, 낮은 출력(power)과 넓은(long) 펄스폭을 갖는 경우보다 매질을 통과하면서 발생하는 비선형적 현상인 자기위상변조(SPM)가 더 크게 발생할 수 있다.
따라서, 본 개시에 의한 극자외선 발생장치는 넓은 펄스폭을 갖는 레이저광이 진공챔버(100)의 윈도우(101)을 통과하게 하여 자기위상변조의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 자기위상변조에 의해 스펙트럼 왜곡현상이 방지할 수 있어, 결과적으로 극자외선 발생 효율이 높아지게 된다.
파면제어계(130)는 가스셀(170)에 입사하기 전 레이저광의 파면(wavefront)을 제어할 수 있다. 광원(10)에서 출력되는 레이저광의 파면은 그 자체에 왜곡이 있을 수 있으며, 다양한 광학부품들을 지나면서 왜곡이 발생할 수 있다. 파면제어계(130)는 왜곡된 레이저광의 파면을 보상하여 요구되는 파면의 형상으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 파면제어계(130)는 레이저광의 파면을 가우시안(Gaussian) 모드로 제어할 수 있다. 파면제어계(130)는 레이저광의 파면을 실시간으로 관찰하는 파면관측부(미도시) 및 이를 바탕으로 파면을 조절하는 파면조절부(미도시)를 포함할 수 있다. 비록, 도 1에서 파면제어계(130)는 펄스폭 압축계(110)를 통과한 레이저광의 파면을 제어하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 파면제어계는 펄스폭 압축계(110)의 전단에 위치하여 펄스폭 압축계(110)를 통과하기 전 레이저광의 파면을 제어할 수도 있다.
위치 안정화계(150)는 극자외선 발생장치(1)의 내부에 있는 광학부품들의 위치를 실시간으로 조절하여 가스셀(170)에 입사하는 레이저광의 경로를 일정하게 해주고, 나아가 극자외선의 안정적인 발생을 위한 구성일 수 있다. 위치 안정화계(150)는 레이저광의 신호를 검출하는 센서 및 광학부품들의 위치를 조절하는 위치 조절부를 포함할 수 있다. 센서는 가스셀(170)로 입사하는 레이저광의 일부를 센싱하고, 이를 바탕으로 위치조절부는 펄스폭 압축계(110) 또는/및 파면제어계(130)에 포함되는 광학부품들의 위치를 실시간으로 조절할 수 있다. 센서가 레이저광의 일부를 센싱함에 있어서, 레이저광의 일부, 예를 들어, 대략 1%만 투과할 수 있는 미러를 사용할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 극자외선(Extreme Ultra-Violet:EUV) 발생장치(2)의 구조를 도시한 개략도이다. 도 2에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들의 중복 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 극자외선 발생장치(2)는 도 1의 극자외선 발생장치(1)와 비교할 때, 레이저광이 진공챔버(100)에 입사하기 전에 펄스를 압축하는 제1차 펄스폭 압축계(210) 및 진공챔버(100) 내부에 배치된 제2차 펄스폭 압축계(220)을 포함한다. 제1차 펄스폭 압축계(210)의 압축율은 제2차 펄스폭 압축계(220)의 압축율을 고려하여 설계될 수 있다. 제1차 펄스폭 압축계(210) 또는/및 제2차 펄스폭 압축계(220)는 회절격자의 쌍(pair), 프리즘의 쌍, 또는 처프미러(chirp mirror)의 쌍 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 극자외선(Extreme Ultra-Violet:EUV) 발생장치(3)의 예시적인 구조를 도시한 것이다. 도 4a 내지 도 4c는 극자외선 발생장치(1,2,3)의 펄스폭 확대계(20) 및 펄스폭 압축계(110, 210, 220)에 사용될 수 있는 펄스폭 조절계(410, 420, 430)를 나타낸 것이다. 도 5는 극자외선 발생장치(1,2,3)에 사용될 수 있는 가변형 반사경(deformable mirror:DM)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 있어서, 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들의 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 제2차 펄스폭 압축계(320)는 제1처프미러(321, CM1) 및 제2처프미러(322, CM2)를 포함한다. 제1처프미러(321)와 제2처프미러(322)는 쌍을 이루어 진공챔버(100) 내로 입사한 레이저광의 펄스폭을 압축할 수 있다. 제1처프미러(321)와 제2처프미러(322) 사이의 거리 또는/및 제1처프미러(321)와 제2처프미러(322) 사이의 각도를 조절하여 펄스폭의 압축율을 조절할 수 있다. 비록, 도 3에서는 처프미러(chirped mirror)의 쌍(321, 322)에 의한 제2차 펄스폭 압축계(320)를 나타내고 있지만, 도 4a 내지 도 4c에 의해 도시된 펄스폭 조절계(410, 420)가 사용될 수 있으며, 이를 한정하지 않는다.
도 4a는 회절격자에 의한 펄스폭 조절계(410)을 나타낸다. 회절격자(411, 412, 413, 414) 사이의 거리 또는/및 각도를 조절하여 펄스폭 조절계(410)에 입사되는 레이저광의 펄스폭을 확대 또는 압축할 수 있으며, 펄스폭의 확대율 및 압축율을 조절할 수 있다. 도 4b는 프리즘에 의한 펄스폭 조절계(420)을 나타낸다. 프리즘(421, 422, 423, 424) 사이의 거리 또는/및 각도를 조절하여 펄스폭 조절계(420)에 입사되는 레이저광의 펄스폭을 확대 또는 압축할 수 있으며, 펄스폭의 확대율 및 압축율을 조절할 수 있다. 도 4c는 처프미러(chirped mirror)에 의한 펄스폭 조절계(430)을 나타낸다. 처프미러(431, 432, 433, 434) 사이의 거리 또는/및 각도를 조절하여 펄스폭 조절계(430)에 입사되는 레이저광의 펄스폭을 확대 또는 압축할 수 있으며, 펄스폭의 확대율 및 압축율을 조절할 수 있다.
따라서, 펄스폭 조절계(410, 420, 430)은 제2차 펄스폭 압축계(220)에 적용되는 것 뿐아니라, 제1차 펄스폭 압축계(210) 또는/및 펄스폭 확대계(20)에 적용될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c는 펄스폭을 조절하는 시스템의 예시를 나타낼 뿐, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
제2차 펄스폭 압축계(320)에 의해서 레이저광의 펄스폭은 1/2 이하로 압축될 수 있다. 즉, 제2차 펄스폭 압축계(320)을 통과하기 전의 레이저광의 펄스폭은 요구되는 펄스폭의 2배 이상 넓은 펄스폭을 가질 수 있다. 따라서, 진공챔버(100)의 윈도우(101)을 통과할 때, 레이저광은 자기위상변조가 억제될 수 있다. 상기 압축률은 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 제2차 펄스폭 압축계(320)는 입사되는 레이저광의 펄스폭을 30% 내지 60% 의 범위 내에서 선택적으로 압축할 수 있다.
제2차 펄스폭 압축계(320)에 의해 압축된 레이저광은 파면제어계(330)로 입사된다. 파면제어계(330)는 레이저광의 자체적인 파면 왜곡 또는/및 광학부품들을 통과하면서 발생하는 왜곡 등을 보상하는 역할을 한다. 파면제어계(330)는 레이저광의 파면을 관측하는 파면관측부(333), 파면을 조절하는 가변형 반사경(331, DM) 및 상기 가변형 반사경(331)을 조절하는 컨트롤러(335)를 포함할 수 있다. 파면관측부(333)는 CCD(charge-coupled device) 및/또는 Shack-Hartmann sensor를 포함할 수 있다. 파면제어계(130)은 파면관측부(333)에 의해서 파면을 실시간으로 관측한 후, 원하는 파면형상이 나올 수 있도록 가변형 반사경(331)에 의해서 파면을 제어할 수 있다.
도 5를 참조하면, 가변형 반사경(331, DM)은 반사면의 형상을 전기적으로 제어할 수 있다. 따라서, 레이저광의 파면을 CCD(도 3의 333)로 관측하고, 이를 바탕으로 원하는 형상의 파면이 되도록 컨트롤러(335)에 의해 가변형 반사경(331)의 반사면을 조절할 수 있다. 가변형 반사경(331)을 조절함에 있어서, genetic algorithm(GA)를 적용할 수 있다. GA는 최적해를 구하는 방법으로 유전자의 진화하는 특성을 수학적으로 모델링한 알고리즘을 말한다. 가변형 반사경은 수십개의 개별적인 제어기가 포함되어 있으며, 각 제어기에 대한 최적값을 구하기 위해서 GA를 적용할 수 있다.
파면제어계(330)에 의해 보상된 레이저광은 초점거울(370)에 의해서 모아지고 가스셀(170)에 입사하게 된다. 초점거울(370)은 극자외선 발생효율을 높이기 위해서 레이저광을 집광하는 역할을 한다. 극자외선 발생장치(3)는 레이저광을 가스셀(170)에 입사시키기 위해, 경로를 조절할 수 있는 적어도 하나의 미러(mirror)를 포함할 수 있다.
위치 안정화계(350)는 광에 대해 일부 투과성을 갖는 평면거울(351), 평면거울(351)의 제1지점을 투과한 광으로부터 레이저광의 신호를 측정하는 제1센서(354), 및 제1센서(354)로부터 받은 신호를 바탕으로 진공챔버(100) 내의 광학부품의 위치를 조절하는 제1위치조절부(356)를 포함할 수 있다. 또한, 위치 안정화계(350)는 상기 평면거울(351)의 제2지점을 투과한 광으로부터 레이저광의 신호를 측정하는 제2센서(355), 및 제2센서(355)로부터 받은 신호를 바탕으로 진공챔버(100) 내부의 광학부품의 위치를 조절하는 제2위치조절부(357)를 포함할 수 있다.
극자외선 발생장치에 포함되는 광학부품들은 온도 또는/및 진동 등에 의해 특성 및 위치가 변화할 수 있다. 위치 안정화계(350)는 이러한 변화를 보상하여 레이저광의 경로를 일정하게 유지시키는 역할을 한다.
초점거울(370)은 상기 파면제어계(330)에 의해 보상된 레이저광을 집광하고, 평면거울(351)은 집광된 레이저광을 대부분 반사시켜 가스셀(170)에 입사시킬 수 있다. 이때, 집광된 레이저광은 다른 광학부품을 투과하지 않고 직접적으로 가스셀(170)로 입사되어, 레이저광의 왜곡현상이 발생하지 않을 수 있다.
평면거울(351)은 광에 대해서 일부 투과성을 가져, 레이저광의 신호를 측정하는 제1센서(354) 및 제2센서(355)로 전달할 수 있다. 레이저광의 신호를 측정하는 센서는 필요에 따라 더 추가될 수 있다.
제1센서(354)로 레이저광의 신호를 전달하기 위해서 평면거울(351)의 제1지점에서 레이저광의 일부가 투과될 수 있게 초점을 잡을 수 있다. 제1센서(354)로 전달된 신호는 제1위치조절부(356)로 전달되어 레이저광의 경로에 대한 정보를 피드백(feed-back)할 수 있다. 이러한 피드백을 바탕으로 제1위치조절부(356)는 제2차 펄스폭 압축계(320)를 구성하는 광학부품의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1위치조절부(356)에 의해서 제1처프미러(321) 또는/및 제2처프미러(322)의 위치가 조절될 수 있다.
제2센서(355)로 레이저광의 신호를 전달하기 위해서 평면거울(351)의 제2지점에서 레이저광의 일부가 투과될 수 있게 초점을 잡을 수 있다. 제2센서(355)로 전달된 신호는 제2위치조절부(357)로 전달되어 레이저광의 경로에 대한 정보를 피드백(feed-back)할 수 있다. 이러한 피드백을 바탕으로 제2위치조절부(357)는 초점거울(370)의 위치를 조절할 수 있다.
제1위치조절부(356) 및 제2위치조절부(357)는 실시간으로 동작할 수 있으며, 폐루프(close-loop)를 통한 피드백으로 레이저광의 경로를 최적화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 극자외선 발생장치(3)는 제2차 펄스폭 압축계(320)가 진공챔버(100) 내부에 배치되어 있어, 레이저광이 진공챔버(100)의 윈도우(101)을 통과하때 발생할 수 있는 자기위상변조 현상을 억제할 수 있다. 또한, 극자외선 발생장치(3)는 파면제어계(330)를 통해 레이저광의 왜곡된 파면을 보상할 수 있다. 극자외선 발생장치(3)의 위치 안정화계(350)는 평면거울(351)을 사용하여, 가스셀(170)에 입사하는 레이저광의 왜곡을 최소화할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 펄스폭 압축계의 배치와 자기위상변조신호를 설명하기 위한 도면이다. 도 6a 및 도 6b의 (a)는 광원(10)에서 출력되는 광의 스펙트럼을 나타낸다.
도 6a의 (b)는 극자외선 발생장치(3)의 제2차 펄스폭 압축계(320)를 진공챔버(100) 외부에 배치한 경우 윈도우(101)를 통과한 레이저광의 스펙트럼을 나타낸다. 도 6a의 (b)를 참조하면, 제2차 펄스폭 압축계(320)이 진공챔버(100) 외부에 배치되어 있어, 레이저광이 진공챔버(100)의 윈도우(101)을 통과하기 전에 압축되고 진공챔버(100)의 윈도우(101)을 통과하면서 자기위상변조(SPM) 현상이 나타남을 보여준다. 굵은 선의 경우는 윈도우(101)의 두께가 3mm인 경우를 나타내며, 가는 선의 경우는 윈도우(101)의 두께가 6mm인 경우를 나타낸다.
도 6b의 (b)는 도 3에 따른 실시예와 같이 제2차 펄스폭 압축계(320)을 진공챔버(100) 내부에 배치한 경우, 제2차 펄스폭 압축계(320)을 통과하고 난 후의 레이저광의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 이 경우, 광원(10)에서 출력되는 광의 스펙트럼인 도 6b의 (a)와 거의 동일한 스펙트럼 형상을 하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시에 의한 극자외선 발생장치는 자기위상변조에 의한 스펙트럼 왜곡 현상을 방지하여 신뢰성이 높은 극자외선 발생함을 알 수 있다.
이러한 본 개시에 따른 극자외선 발생장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1,2,3: 극자외선 발생장치
10: 광원 20: 펄스폭 확대계 30: 증폭기
100: 진공챔버 101: 윈도우
110: 펄스폭 압축계 130: 파면제어계
150: 위치 안정화계 170: 가스셀
210: 제1차 펄스폭 압축계 220: 제2차 펄스폭 압축계
320: 제2차 펄스폭 압축계 321: 제1처프미러 322: 제2처프미러
330: 파면제어계 331: 가변형 반사경(DM) 333: 파면관측부 335: 컨트롤러
350: 위치 안정화계
351: 평면거울 354: 제1센서 355: 제2센서
356: 제1위치조절부 357: 제2위치조절부
370: 초점거울
410, 420, 430: 펄스폭 조절계
411, 412, 413, 414: 회절격자
421, 422, 423, 424: 프리즘
431, 432, 433, 434: 처프미러

Claims (10)

  1. 레이저광을 출력하는 광원;
    상기 레이저광의 펄스폭을 압축하는 펄스폭 압축계;
    상기 펄스폭이 압축된 레이저광을 입사 받아 극자외선 광을 발생시키는 가스셀; 및
    상기 펄스폭 압축계와 상기 가스셀을 수용하는 진공챔버;를 포함하는 극자외선 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스폭 압축계는 처프 미러(chirp mirror)를 포함하는 극자외선 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스폭 압축계는 입사되는 광의 펄스폭을 30% 내지 60% 의 범위 내에서 선택적으로 압축할 수 있는 극자외선 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에는 상기 가스셀에 입사되는 레이저광의 파면을 제어하는 파면 제어부;를 더 포함하는 극자외선 발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파면 제어부는 가변형 반사경(deformable mirror:DM)을 포함하는 극자외선 발생장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 파면 제어부는 GA(genetic algorithm)을 적용하여 광의 파면을 조절하는 극자외선 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에는 상기 레이저광의 위치를 안정화하기 위한 위치 안정화계;를 더 포함하는 극자외선 발생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 안정화계는
    광에 대해 일부 투과성을 갖는 평면거울;
    상기 평면거울의 제1지점을 투과한 광으로부터 상기 레이저광의 신호를 측정하는 제1센서; 및
    상기 제1센서로부터 받은 신호를 바탕으로 상기 진공챔버 내의 광학부품의 위치를 조절하는 제1위치조절부;를 포함하는 극자외선 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위치 안정화계는
    상기 평면거울의 제2지점을 투과한 광으로부터 상기 레이저광의 신호를 측정하는 제2센서; 및
    상기 제2센서로부터 받은 신호를 바탕으로 상기 진공챔버 내의 광학부품의 위치를 조절하는 제2위치조절부;를 포함하는 극자외선 발생장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 진공챔버 사이에,
    상기 레이저광의 펄스폭을 확대하는 펄스폭 확대계; 및
    상기 펄스폭 확대계를 통과한 레이저광의 출력을 증폭시키는 증폭기;를 더 포함하는 극자외선 발생장치.
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