KR20150013823A - 방사선 소스 - Google Patents

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KR20150013823A
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안토니우스 켐펜
헤르마누스 크루웰
안드레이 미카일로비치 야쿠닌
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 장치에서 사용하기에 적절한 EUV 방사선을 발생시키는 방사선 소스는 연료 액적들의 스트림이 공급되는 타겟 영역에 레이저 펄스들을 발사하도록 구성된 레이저를 포함한다. 연료 액적들은 레이저 빔에 의해 여기되는 경우 EUV 방사선을 방출하는 주석 액적들일 수 있다. EUV 방사선은 컬렉터에 의해 수집된다. 주석 액적들은 액적들의 형상을 변화시킬 목적으로 주 레이저 펄스에 앞서 레이저 사전-펄스에 의해 사전-컨디셔닝되어, 이들이 주 레이저 펄스를 수용하기 위한 최적 상태에 있도록 할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다음 액적들에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과를 고려하고, 조정될 주 펄스 및/또는 사전-펄스의 타이밍으로 하여금 앞선 액적의 증발에 의해 야기될 수 있는 후속한 액적의 여하한의 도달 지연 또는 후속한 액적의 형상에서의 진동들을 고려하게 한다.

Description

방사선 소스{RADIATION SOURCE}
본 출원은 2012년 5월 21일에 출원된 미국 가출원 61/649,895의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 방사선 소스에 관한 것으로, 특히 리소그래피 장치에서 사용하기에 적절한 EUV 방사선 소스에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피는 IC, 및 다른 디바이스들 및/또는 구조체들의 제조 시 핵심 단계들 중 하나로서 폭넓게 인식된다. 하지만, 리소그래피를 이용하여 구성되는 피처들의 치수들이 더 작아짐에 따라, 리소그래피는 소형 IC 또는 다른 디바이스들 및/또는 구조체들이 제조될 수 있게 하는 데 더 결정적인 인자(critical factor)가 되고 있다.
패턴 프린팅의 한계들의 이론적 추산은 수학식 1에 나타낸 바와 같은 분해능에 대한 레일리 기준(Rayleigh criterion)에 의해 설명될 수 있다:
Figure pct00001
이때, λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NA는 패턴을 프린트하는 데 사용되는 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)이며, k1은 레일리 상수라고도 칭하는 공정 의존성 조정 인자(process dependent adjustment factor)이고, CD는 프린트된 피처의 피처 크기(또는 임계 치수)이다. 수학식 1에 따르면, 피처들의 프린트가능한 최소 크기의 감소는 세 가지 방식으로: 즉, 노광 파장 λ를 단축함으로써, 개구수 NA를 증가시킴으로써, 또는 k1의 값을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
노광 파장을 단축하고, 이에 따라 프린트가능한 최소 크기를 감소시키기 위해, 극자외(EUV) 방사선 소스를 사용하는 것이 제안되었다. EUV 방사선은 5 내지 20 nm의 범위, 예를 들어 13 내지 14 nm의 범위, 또는 예를 들어 6.7 nm 또는 6.8 nm와 같이 5 내지 10 nm의 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선이다. 가능한 소스들로는, 예를 들어 레이저-생성 플라즈마 소스, 방전 플라즈마 소스, 또는 전자 저장 링에 의해 제공되는 싱크로트론 방사선(synchrotron radiation)에 기초한 소스들을 포함한다.
EUV 방사선은 플라즈마를 이용하여 생성될 수 있다. EUV 방사선을 생성하는 방사선 시스템은 플라즈마를 제공하도록 연료를 여기(excite)시키는 레이저, 및 플라즈마를 수용하는 소스 컬렉터 모듈을 포함할 수 있다. 플라즈마는, 예를 들어 주석과 같은 적절한 재료의 입자들과 같은 연료에 레이저 빔을 지향함으로써 생성될 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선(output radiation), 예를 들어 EUV 방사선을 방출하고, 이는 방사선 컬렉터를 이용하여 수집된다. 방사선 컬렉터는 거울로 이루어진 수직 입사 방사선 컬렉터(mirrored normal incidence radiation collector)일 수 있으며, 이는 방사선을 수용하고 방사선을 빔으로 포커스한다. 소스 컬렉터 모듈은 플라즈마를 지지하기 위해 진공 환경을 제공하도록 배치된 포위 구조체(enclosing structure) 또는 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 방사선 시스템은 전형적으로 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스라고 칭해진다.
본 발명은 리소그래피 장치에서 사용하기에 적절한 방사선 소스를 제공하려는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치에 대한 방사선 소스에서 EUV 방사선을 발생시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 타겟 영역에 연료 액적(fuel droplet)들의 스트림을 공급하는 단계, EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 타격(strike)하고 증발시키기 위해 타이밍(time)되어 상기 타겟 영역에 지향되는 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 레이저를 구성하는 단계, 상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 상기 펄스들의 타이밍을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펄스들의 타이밍은 앞선 연료 액적의 증발에 따른 연료 액적의 도달에 있어서 예측된 지연에 응답하여 조정된다. 예측된 지연은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 방출되는 EUV 에너지의 크기(magnitude)에 기초하여 계산될 수 있는데, 이는 지연이 방출되는 이온들의 수에 비례하고, 방출되는 이온들의 수는 방출되는 EUV 에너지에 비례할 것이기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서, 연료 액적들이 타겟 영역에 도달하기 전에 레이저 사전-펄스(pre-pulse)가 연료 액적들에 지향되고, 사전-펄스의 타이밍은 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 제어된다.
사전-펄스는 연료 액적이 증발되기에 앞서 연료 액적을 사전-컨디셔닝(pre-condition)하는 역할을 하며, 바람직하게는 사전-펄스의 타이밍이 연료 액적의 사전-컨디셔닝을 최적화하도록 제어된다. 바람직하게는, 사전-컨디셔닝은 연료 액적을 형상화(shape)하는 단계를 포함하고, 본 발명의 일 실시예에서 사전-펄스의 타이밍은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 야기되는 연료 액적의 형상에서의 진동들에 기초하여 선택된다. 특히, 사전-펄스는 연료 액적이 그 원래 형상을 갖는 경우의 연료 액적의 진동에서의 한 시점과 일치하도록 타이밍될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 사전-펄스는 생략될 수 있고, 후속한 연료 액적의 최적 형상과 일치하도록 타이밍되는 주 레이저 펄스로의 앞선 연료 액적의 증발에 의해 후속한 연료 액적이 형상에 있어서(in shape) 진동하도록 야기될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, EUV 방사선을 발생시키는 방사선 소스가 제공된다. 방사선 소스는 타겟 영역에 연료 액적들의 스트림을 공급하는 수단, EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 증발시키기 위해 상기 타겟 영역에 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 구성된 레이저, 및 상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 레이저를 제어하는 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, EUV 방사선을 발생시키는 방사선 소스가 제공된다. 방사선 소스는 타겟 영역에 연료 액적들의 스트림을 공급하도록 구성된 연료 공급기; EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 증발시키기 위해 상기 타겟 영역에 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 구성된 레이저; 및 상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 레이저를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시형태들은 방사선 소스를 통합하는 리소그래피 장치로 확장된다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 장치를 통하는 빔의 광학 경로를 개략적으로 도시하는 도면;
도 3은 다양한 액적 크기들 및 속력들에 대한 이온풍(ion wind)의 함수로서 x-방향으로의 위치 오차를 나타내는 플롯; 및
도 4는 후속한 액적에 대한 충격파(shock wave)의 효과들을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는: 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크 또는 레티클)(MA)를 지지하도록 구성되고, 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 반사 투영 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.
"패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
조명 시스템과 같이 투영 시스템은, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 가스들이 너무 많은 방사선을 흡수할 수 있기 때문에, EUV 방사선에 대해 진공을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 진공 벽 및 진공 펌프들의 도움으로 전체 빔 경로에 진공 환경이 제공될 수 있다. 리소그래피 장치의 몇몇 부분들에는 약간의 가스가 제공되어, 예를 들어 가스 유동으로 하여금 리소그래피 장치의 광학 구성요소들에 도달하는 오염 가능성을 감소시키는 데 사용되게 할 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 소스 컬렉터 모듈(SO)로부터 극자외(EUV) 방사선 빔을 수용한다. EUV 광을 생성하는 방법들은 EUV 범위 내의 1 이상의 방출선을 갖는 적어도 1 이상의 원소, 예를 들어 크세논, 리튬 또는 주석을 갖는 재료를 플라즈마 상태로 전환하는 단계를 포함하며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 흔히 레이저 생성 플라즈마("LPP")라고 칭하는 이러한 한 방법에서, 요구되는 플라즈마는 요구되는 선-방출 원소를 갖는 재료의 액적, 스트림, 또는 클러스터(cluster)와 같은 연료를 레이저 빔으로 조사함으로써 생성될 수 있다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은 연료를 여기시키는 레이저 빔을 제공하는 레이저(도 1에 나타내지 않음)를 포함한 EUV 방사선 시스템의 일부분일 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선, 예를 들어 EUV 방사선을 방출하며, 이는 소스 컬렉터 모듈에 배치된 방사선 컬렉터를 이용하여 수집된다. 예를 들어, CO2 레이저가 연료 여기를 위한 레이저 빔을 제공하는 데 사용되는 경우, 상기 레이저 및 소스 컬렉터 모듈은 별도의 개체일 수 있다.
이러한 경우, 레이저는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 레이저로부터 소스 컬렉터 모듈로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 흔히 DPP 소스라고도 하는 방전 생성 플라즈마 EUV 발생기인 경우, 상기 소스는 소스 컬렉터 모듈의 통합부일 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 패싯 필드(facetted field) 및 퓨필 거울 디바이스들과 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(PS2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(PS1)는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2는 리소그래피 장치(100)를 더 상세히 나타내며, 특히 방사선 시스템(42)을 포함하는 더 상세한 소스 컬렉터 모듈(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 나타낸다. EUV 방사선은 전자기 스펙트럼의 EUV 범위 내의 방사선을 방출하고 매우 고온인 플라즈마를 생성함으로써 생성될 수 있다. 플라즈마는 타겟 재료 공급기(71)에 의해 제공되는 타겟 재료의 액적의 레이저 조사에 의해 생성될 수 있다. 타겟 재료의 액적들은 예를 들어 Xe, Li, 또는 Sn일 수 있고, 타겟 재료 공급기에 의해 궤적(69)을 따라 배출될 수 있다. 타겟 재료의 액적들은 예를 들어 약 20 내지 50 ㎛의 직경을 가질 수 있고, 예를 들어 약 50 내지 100 m/s의 속도를 가질 수 있다.
플라즈마에 의해 방출된 방사선은, 이 실시예에서는 중간 포커스(52)와 일치하는 초점에 방사선을 포커스하도록 구성되는 컬렉터 거울(50)에 의해 반사된다. 이 실시예에서, 방사선은 스침 입사 거울(grazing incidence mirror: 51)을 통해 초점에 포커스되지만, 다른 실시예들에서 이는 생략될 수 있다.
방사선 시스템(42)으로부터, 방사선 빔(56)은 조명 시스템(IL)에서 거울들(53, 54)을 통해, 패터닝 디바이스 지지체(MT)(예를 들어, 레티클 또는 마스크 테이블) 상에 위치된 패터닝 디바이스(MA)(예를 들어, 레티클 또는 마스크) 상으로 반사된다. 그 후, 패터닝된 빔(57)은 투영 시스템(PS)에서 반사 요소들(58, 59)을 통해 기판(W) 상에 이미징된다.
스침 입사 거울(51)은 격자 스펙트럼 필터(grating spectral filter)일 수 있다. 격자 스펙트럼 필터 대신에, 또는 이에 추가하여 투과 광학 필터가 리소그래피 장치에 존재할 수 있으며, 이는 EUV에 대해 투과성이고 다른 파장들의 방사선에 대해서는 덜 투과성이다(또는 심지어 다른 파장들의 방사선에 대해 실질적으로 흡수성임).
컬렉터 거울(50)은 도 2에 나타낸 바와 같이 수직-입사 거울(normal-incidence mirror)일 수 있으며, 또는 몇몇 다른 형태를 가질 수 있다. 컬렉터 거울(50)은 Si/Mo 다층을 포함할 수 있다.
방사선 시스템(42)에는 레이저 시스템(아래에서 더 설명됨)이 제공되며, 이는 컬렉터 거울(50)에 제공된 개구부(opening: 67)를 통해 조향 거울(steering mirror: 65)에 의해 반사되는 레이저 방사선 빔(63)을 제공하도록 구성되고 배치된다. 레이저 시스템은 펄스화된 레이저 시스템일 수 있다. 조향 거울(65)은 플라즈마 형성 위치(73)를 통해 레이저 방사선 빔(63)의 빔 경로를 지향하도록 배치된다.
작동 시, 타겟 재료의 액적들은 타겟 재료 공급기(71)에 의해 궤적(69)을 따라 공급된다. 타겟 재료의 액적이 플라즈마 형성 위치(73)에 도달하는 경우, 레이저 방사선 빔(63)은 액적 상에 입사하고, EUV 방사선-방출 플라즈마가 형성된다. 플라즈마로부터 방출된 EUV 방사선은 수직-입사 컬렉터 거울(50)에 의해 포커스되고, 반사 스펙트럼 격자 필터(51)를 통해 중간 포커스 지점(52)으로 통과한다.
최적 효율성을 달성하기 위하여, (EUV 방출 플라즈마를 제공하도록 연료를 여기시키는) 주 레이저 펄스에 의해 타격되기에 앞서 타겟 재료, 예를 들어 주석 액적을 컨디셔닝하는 것이 바람직하고, 특히 주 펄스에 앞서 - 사전-펄스라고 알려진 - 예비 레이저 펄스를 적용하는 것이 알려져 있다. 사전-펄스는 주 펄스보다 낮은 파워로 이루어지며, 주석 액적을 형상화하도록 - 특히, 액적을 디스크(disk)로 평평하게 하도록 기능하고, 디스크는 주 레이저 펄스가 디스크의 면(face)을 타격하도록 방위된다. 이러한 방위는 EUV 생성 공정의 효율성을 개선하는 것으로 알려져 있다. 사전-펄스는 제 2 레이저에 의해 적용될 수 있으며, 또는 주석 액적이 타겟 영역[앞서 언급된 플라즈마 형성 위치(73)]에 도달하기 전의 위치일 올바른 스폿 상에 사전-펄스가 타겟되도록 주 레이저가 빔 스플리터를 이용하여 사전-펄스를 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 장치의 효율성을 최대화하기 위해서는, 소스 컬렉터 모듈(SO)의 성능이 최적화되어야 하며, 그 성능의 한 측면은 주석 액적들의 공급기와 레이저 펄스들 간의 관계이다.
특히, 소스 컬렉터 모듈(SO)의 최적 성능이 얻어지기 위한 경우 고려되어야 하는 다수의 인자가 존재한다. 이들은 주 펄스가 주석 액적과 정확히 동시에 타겟 영역에 도달할 것을 보장하기 위해 레이저가 정확히 적시에 발사(fire)될 것을 보장하는 것을 포함한다. 이 정보를 달성하기 위해, 각각의 개별 액적의 궤적이 (예를 들어, 카메라 및 이미지 캡처 및 분석 소프트웨어를 이용함으로써) 측정되고, 레이저의 타이밍을 제어하는 데 사용된다. 액적이 늦게 도달할 것으로 예측되는 경우, 레이저의 발사가 지연될 수 있다.
잠재적 문제는, 하나의 주석 액적의 점화(ignition)가 후속한 주석 액적들에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 주석 액적이 주 레이저 펄스에 의해 가격되는 경우, 플라즈마가 발생되고, 이는 원하는 EUV 방사선을 방출한다. 하지만, 플라즈마는 이온 충격파도 방출하며, 이는 다음 액적에 간섭할 수 있다. 특히, 충격파는 액적을 변형시켜, 액적의 형상을 컨디셔닝하는 공정에 간섭할 수 있다. 또한, 이온 충격파는 다음 액적을 감속시키고, 이에 따라 타겟 위치로의 액적의 도달을 지연시킬 수 있다. 액적의 궤적이 측정될 수 있지만, 통상적으로 이 측정은 주석 액적이 여전히 타겟 위치로부터 약간(수 밀리미터 정도) 떨어져 있는 경우에 수행되고, 상기 측정 후에 일어나는 - 예를 들어, 이온 충격파에 의해 생성될 수 있는 - 여하한의 외란(disturbance)들의 효과는 고려되지 않을 것이다.
그러므로, 다음 액적에 대한 이온 충격파의 효과들, 및 그 펄스의 존재와 펄스들(사전-펄스 및 주 펄스)의 최적 타이밍의 관계를 고려하는 것이 바람직하다. 특히, 하나의 액적의 점화에 의해 야기되는 다음 액적에 대한 지연을 고려하고, 또한 다음 액적의 형상에 대해 점화가 미치는 효과를 고려하는 것이 바람직하다.
우선 지연의 문제를 고려하면, 도 3은 일정 범위의 액적 크기들 및 속력들(상이한 파선들로 예시된 5 개의 상이한 속력들 - 30 m/s, 40 m/s, 50 m/s, 75 m/s, 및 100 m/s)에 대한 x 방향(주석 액적들의 이동 방향)으로의 추산된 위치 오차를 나타내는 플롯이며, 이때 레이저는 80 kHz의 주파수 및 0.5 J의 펄스당 에너지에서 구동되는 40 kW CO2 레이저이다. 3 %의 효율성으로, 이는 250 W EUV 소스를 산출한다. 액적들이 30 ㎛ 직경 및 100 m/s의 높은 속력을 갖는 상황에 대해, 이온 충격파에 의해 야기된 x-방향으로의 오차는 8 ㎛일 것이다. 더 낮은 속력들에 대해 - 이는 실제로 일어날 가능성이 더 많은 경우임 - 오차는 훨씬 더 클 것이다. 문제들을 더 복잡하게 하도록, 각각의 레이저 펄스는 동일하지 않을 것이며, 현실적인 도즈 제어 값들은 약 + 또는 - 30 %이다.
다음 액적에 대한 지연의 정도는 앞선 점화에 의해 방출된 이온들의 수에 의존할 것이며, 이어서 이 수는 방출된 EUV의 양에 비례한다. 우선, 다음 접근하는 액적의 방향으로의 이온들의 수 및 방출된 이온들의 에너지 스펙트럼이 측정되거나 시뮬레이션된다. 이로부터, 다음 액적을 가격하는 이온들의 부분(fraction)의 충격량(impulse)이 계산될 수 있고, 모든 에너지가 다음 도달하는 액적에 전달되는 비탄성 충돌을 가정하여, 다음 도달하는 액적의 새로운 속력이 계산될 수 있다. 이에 따라 하나의 액적 점화로부터 방출된 EUV 에너지를 측정함으로써, 지연이 방출된 EUV 에너지에 비례함에 따라, 다음 액적에 대한 지연이 추산될 수 있다. EUV 에너지는 방사선 시스템(42)에 제공된 에너지 센서에 의해 측정될 수 있다. 이러한 에너지 센서는 흔히 여하한의 경우 피드백 및 제어를 위해 방사선 시스템(42)의 일부분으로서 제공되지만, 대안적으로 이를 위해 전용 에너지 센서가 제공될 수 있다. 여하한 형태의 고속 응답 센서(fast response sensor)가 사용될 수 있다. 방출된 EUV 에너지에 관한 에너지 센서로부터의 데이터는 레이저 제어 수단(예를 들어, 제어기)으로 피드백될 것이며, 이는 방출된 이온들의 수가 측정된 에너지에 정비례하고 액적에 대한 추가 지연이 이온들의 수 및 이에 따른 방출된 EUV 에너지에 비례한다는 것을 근거로, 방출된 EUV 에너지에 기초하여 다음 연료 액적에 대해 추산된 지연을 계산하도록 구성된 처리 수단(예를 들어, 프로세서)을 포함할 것이다. 이에 따라, 레이저 제어 수단은 에너지 센서로부터의 데이터 입력에 의존하여 - 사전-펄스 및 주 펄스 모두에 대한 - 레이저의 타이밍을 조정할 것이다. 통상적으로, 사전-펄스 및 주 펄스의 타이밍은 둘 다 동일한 양만큼 지연될 것이며, 사전-펄스와 주 펄스 간의 시간 간격은 실질적으로 변하지 않을 것이다.
사전-펄스 레이저 조사의 기능들 중 하나는 주 레이저 펄스에 의한 조사를 위해 연료 액적을 최적 상태로 사전-컨디셔닝하는 것이다. 특히, 전환 효율성(즉, 주어진 레이저 펄스 에너지로부터의 EUV 방사선 생성의 효율성)은 연료 액적이 디스크 또는 팬케이크 형상으로 형성되고 디스크가 레이저 펄스에 면해 있도록(face) 방위되는 경우에 더 높은 것으로 알려져 있다. 이 형상은 주 펄스의 파워보다 낮은 에너지로 이루어지는 레이저 사전-펄스로 액적을 타격함으로써 생성될 수 있다. 통상적으로, 사전-컨디셔닝 펄스의 에너지는 1 mJ 내지 1000 mJ의 범위 내에 있으며, 연료 액적과의 상호작용 시간은 0.1 ns 내지 100 ns일 수 있다.
앞선 주 펄스에 의한 앞선 액적의 증발로부터의 충격파가 다음 액적의 형상에 간섭할 수 있다는 잠재적 문제가 존재할 수 있다. 특히, 충격파가 액적을 타격하는 경우, 이는 도 4에 나타낸 바와 같이 액적을 진동시킬 수 있다. 도 4는 속력 v로 타겟 영역(73)을 향해 이동하는 2 개의 연속적인 액적들(101, 102)을 나타낸다. 제 1 액적(101)이 증발되는 경우, 103으로 예시된 충격파가 제 2 액적을 향해 지향된다. 물론, 충격파는 모든 방향으로 퍼지지만, 다음 액적(102)을 향해 지향되는 충격파의 일부분만이 여기에서 관련된다는 것을 이해할 것이다. 충격파는 그 정상 구형 상태와 디스크-형 형상들 사이에서 형상에 있어서 액적(102)을 진동하게 할 것이다.
다음 액적(102)의 형상의 이 진동은 다음 사전-펄스의 타이밍을 고려할 때 고려되어야 한다. 다음 사전-펄스는 액적(102)이 그 원래 구형 상태로 되돌아가는 경우, 또는 실제로 액적(102)이 액적(101)의 증발로부터의 시간 간격(t1) 후 발생하는 102'에 예시된 바와 같이 이미 부분적으로 원하는 디스크-형 형상인 경우의 진동 사이클에서의 한 시점과 일치하도록 타이밍될 수 있다.
제약된 액체 액적의 진동들이 다음 수학식에 의해 설명된다:
이때, ω는 고유 주파수이고, n은 고유-주파수의 차수이며, σ는 표면 장력이고, ρ1 및 ρe는 액체(예를 들어, Sn) 및 액적이 침지되는 매질의 밀도들이며(이 경우에는 진공이고, 이에 따라 0임), R은 액적의 반경이다. 진공에서의 30 ㎛ 직경의 Sn 구형 액적에 대해, 이는 14.5 ㎲의 주기(t) 또는 69 kHz의 최저 고유-주파수(fn =1)에 도달한다.
사전-펄스를 적용하기 위한 최적 시간은 액적이 그 정상 상태로 되돌아간 경우에 도래할 것이며, 이는 앞선 액적이 증발되는 때부터 측정된 (m + ½)t -이때, m = 0, 1, 2, 3,...- 로서 정의될 수 있는 액적의 진동 사이클에서 진동 주기 또는 후속한 순간들의 절반인 시간 간격 후에 처음 발생할 것이다.
대안적으로, 액적이 사인 곡선의 최고점 및 최하점, 즉 주기(t)의 ¼ 및 ¾에서 발생하는 그 진동 주기에서의 가장 안정적인 시점들에 있는 경우 사전-펄스를 적용하는 것이 가능할 수 있다.
일반적으로, 앞선 액적의 증발 후 다음 사전-펄스의 올바른 타이밍은 앞서 설명된 다음 액적의 형상의 진동 외에도 액적 소스의 빈도 및 액적들의 속력을 포함하는 다수의 인자에 의존할 수 있다.
또 다른 선택사항은, 충격파 자체가 연료 액적을 사전-컨디셔닝하는 데 사용되는 경우 사전-펄스가 완전히 생략될 수 있다는 것이다. 특히, 충격파에 의해 야기된 진동들은 사이클의 몇몇 시점들에서의 액적이 원하는 디스크 또는 팬케이크 같은 형상을 갖게 할 것이며, 주 펄스는 이 상태와 일치하도록 타이밍될 수 있다. 이러한 경우, 사전-펄스 레이저는 생략될 수 있으며, 이는 파워 소비를 감소시키고, 레이저 시스템 및 연계된 광학 시스템을 덜 복잡하게 할 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고, 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
추가적으로, 본 발명은 리소그래피 장치 내의 소스로서 사용되기에 적절할 뿐만 아니라, 대안적으로 극자외 레티클 검사 시스템, 마스크 블랭크 검사 시스템, 또는 에어리얼 이미지 측정 및 결함 검토 시스템과 같은 EUV 방사선을 필요로 할 수 있는 다른 시스템들에 대한 방사선 소스로서 사용되기에도 적절한 것으로 언급된다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
"EUV 방사선"이라는 용어는 5 내지 20 nm의 범위, 예를 들어 13 내지 14 nm의 범위, 또는 예를 들어 6.7 nm 또는 6.8 nm와 같이 5 내지 10 nm의 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선을 포괄하는 것으로 간주될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (19)

  1. 리소그래피 장치에 대한 방사선 소스에서 EUV 방사선을 발생시키는 방법에 있어서:
    타겟 영역에 연료 액적(fuel droplet)들의 스트림을 공급하는 단계;
    EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 타격(strike)하고 증발시키기 위해 타이밍(time)되어 상기 타겟 영역에 지향되는 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 레이저를 구성하는 단계; 및
    상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 상기 펄스들의 타이밍을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스들의 타이밍은 앞선 연료 액적의 증발에 따른 연료 액적의 도달의 예측된 지연에 응답하여 조정되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 예측된 지연은 상기 앞선 연료 액적의 증발에 의해 방출되는 EUV 에너지의 크기(magnitude)에 기초하여 계산되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지연은 상기 방출된 EUV 에너지의 크기에 비례함에 따라 계산되는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 액적들이 상기 타겟 영역에 도달하기 전에 레이저 사전-펄스(pre-pulse)가 상기 연료 액적들에 지향되고, 상기 사전-펄스의 타이밍은 상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 제어되는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 사전-펄스는 액적이 증발되기에 앞서 연료 액적을 사전-컨디셔닝(pre-condition)하는 역할을 하며, 상기 사전-펄스의 타이밍은 상기 연료 액적의 사전-컨디셔닝을 최적화하도록 제어되는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사전-컨디셔닝은 상기 연료 액적을 형상화(shape)하는 단계를 포함하고, 상기 사전-펄스의 타이밍은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 야기되는 상기 연료 액적의 형상에서의 진동들에 기초하여 선택되는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 사전-펄스는 상기 연료 액적이 원래 형상을 갖는 상기 연료 액적의 진동에서의 시점과 일치(coincident)하도록 타이밍되는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    후속한 연료 액적은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 형상에 있어서 진동하게 되고, 상기 레이저 펄스는 상기 후속한 연료 액적의 최적 형상과 일치하도록 타이밍되는 방법.
  10. EUV 방사선을 발생시키는 방사선 소스에 있어서:
    타겟 영역에 연료 액적들의 스트림을 공급하는 수단;
    EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 증발시키기 위해 상기 타겟 영역에 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 구성된 레이저; 및
    상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 상기 레이저를 제어하는 제어 수단
    을 포함하는 방사선 소스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 앞선 연료 액적의 증발에 따른 연료 액적의 도달의 예측된 지연에 응답하여 상기 펄스들의 타이밍을 조정하도록 구성되는 방사선 소스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    연료 액적의 증발에 의해 방출되는 EUV 에너지의 크기를 결정하는 수단을 더 포함하고, 상기 제어 수단은 앞선 연료 액적의 증발에 따른 연료 액적의 도달의 예측된 지연을 계산하도록 구성되는 방사선 소스.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 액적들이 상기 타겟 영역에 도달하기 전에 상기 연료 액적들에 레이저 사전-펄스를 지향하는 수단을 더 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 상기 사전-펄스의 타이밍을 제어하도록 구성되는 방사선 소스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 사전-펄스는 액적이 증발되기에 앞서 연료 액적을 사전-컨디셔닝하는 역할을 하며, 상기 제어 수단은 상기 연료 액적의 사전-컨디셔닝을 최적화하도록 상기 사전-펄스의 타이밍을 제어하는 방사선 소스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 사전-펄스는 상기 연료 액적을 형상화하고, 상기 제어 수단은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 야기되는 상기 연료 액적의 형상에서의 진동들에 기초하여 상기 사전-펄스의 타이밍을 제어하는 방사선 소스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 연료 액적이 원래 형상을 갖는 상기 연료 액적의 진동에서의 시점과 일치하도록 상기 사전-펄스의 타이밍을 제어하는 방사선 소스.
  17. 제 10 항에 있어서,
    후속한 연료 액적은 앞선 연료 액적의 증발에 의해 형상에 있어서 진동하게 되고, 상기 제어 수단은 상기 후속한 연료 액적의 최적 형상과 일치하도록 상기 레이저 펄스의 타이밍을 제어하는 방사선 소스.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치.
  19. EUV 방사선을 발생시키는 방사선 소스에 있어서:
    타겟 영역에 연료 액적들의 스트림을 공급하도록 구성된 연료 공급기;
    EUV 방사선을 발생시키도록 연료 액적을 증발시키기 위해 상기 타겟 영역에 레이저 방사선의 펄스들을 방출하도록 구성된 레이저; 및
    상기 스트림에서의 후속한 연료 액적에 대한 하나의 연료 액적의 증발 효과에 의존하도록 상기 레이저를 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하는 방사선 소스.
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