KR20160047553A - 방사선 소스 및 리소그래피 장치 - Google Patents

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Abstract

방사선 소스는 액적 경로를 따라 플라즈마 형성 위치를 향해 연료 액적들의 스트림을 지향하도록 구성되는 노즐을 포함하고, 가우스 세기 분포를 갖고, 사전설정된 파장을 가지며, 사전설정된 궤적을 따라 전파되는 가우스 방사선 빔을 수용하도록 구성되며, 플라즈마 형성 위치의 연료 액적 상에 방사선 빔을 포커스하도록 더 구성된다. 방사선 소스는 1 이상의 위상판을 포함하는 위상판 구조체를 포함한다. 위상판 구조체는 제 1 구역 및 제 2 구역을 갖는다. 구역들은 제 1 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 제 2 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선이 상이한 광학 경로 길이들을 갖는 각각의 광학 경로들을 따라 전파되도록 배치된다. 광학 경로 길이들 간의 차이는 사전설정된 파장 절반의 홀수 배이다.

Description

방사선 소스 및 리소그래피 장치{RADIATION SOURCE AND LITHOGRAPHIC APPARATUS}
본 출원은 2013년 8월 26일에 출원된 미국 가출원 61/870,128의 이익을 주장하며, 이는 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 방사선 소스 및 리소그래피 장치에 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 디바이스 및/또는 구조체의 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, 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 소스, 및 플라즈마를 포함하는 소스 컬렉터 모듈을 포함할 수 있다. 플라즈마는, 예를 들어 Xe 가스 또는 Li 증기와 같은 적절한 가스 또는 증기의 스트림, 또는 적절한 재료(예컨대, 주석)의 액적(droplet)들과 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.
EUV 방사선을 생성하는 또 다른 알려진 방법은 듀얼 레이저 펄싱(dual laser pulsing: DLP)으로서 알려진다. DLP 방법에서는, 예를 들어 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저에 의해 액적들이 예열되어, 액적(예를 들어, 주석 액적)이 증기 및 작은 입자들로 분해되게 하며, 이들은 이후 CO2 레이저에 의해 매우 높은 온도로 가열된다.
LPP 및 DLP 방법들과 같은 알려진 방법들에서는, 액적들의 스트림이 생성된다. 액적들은 연속 스트림으로서 또는 펄스들에서 생성될 수 있다.
예를 들어, 특히 LPP 방법들에 사용되는 한가지 알려진 방법에서, 가열된 컨테이너가 용융 주석으로 채워지고, 이는 필터 및 압전 액추에이터를 통해 컨테이너로부터 모세관(capillary)으로 통과한다. 모세관의 끝에서 연속 분사(continuous jet)가 나가고, 이는 압전 액추에이터에 의해 속도가 변조된다. 진행(flight) 중, 이 분사는 작은 액적들로 분해되고, 변조된 속도로 인해 이러한 보다 작은 액적들이 보다 큰 거리들로 이격된 보다 큰 액적들로 합쳐진다.
액적들을 예열하여 액적이 증기 및 작은 입자들로 분해되도록 하는 레이저 빔은, 이것이 예열하는 액적에 대해 약간 오정렬(misalign)될 수 있다. 이러한 약간의 오정렬은 CO2 레이저가 매우 높은 온도로 증기 및 작은 입자들을 가열하는 경우에 추가 오정렬을 야기할 수 있다. 이러한 추가 오정렬은 결과적인 플라즈마에 의해 방출되는 EUV 방사선의 양에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 앞선 문제를 해결하는 방사선 소스 및 리소그래피 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 액적 경로를 따라 플라즈마 형성 위치를 향해 연료 액적들의 스트림을 지향하도록 구성되는 노즐을 포함하는 방사선 소스가 제공된다. 방사선 소스는 가우스(gaussian) 세기 분포를 갖고, 사전설정된 파장을 가지며, 사전설정된 궤적을 따라 전파되는 가우스 방사선 빔을 수용하도록 구성된다. 또한, 방사선 소스는 플라즈마 형성 위치의 연료 액적 상에 방사선 빔을 포커스하도록 구성된다. 방사선 소스는 1 이상의 위상판(phase plate)을 포함한 위상판 구조체를 포함한다. 위상판 구조체는 제 1 구역 및 제 2 구역을 갖는다. 구역들은, 제 1 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 제 2 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선이 상이한 광학 경로 길이들을 갖는 각각의 광학 경로들을 따라 전파되도록 배치된다. 제 1 구역을 통과하는 방사선과 제 2 구역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이는, 제 1 구역을 통과하는 방사선 및 제 2 구역을 통과하는 방사선이 플라즈마 형성 위치의 연료 액적들 중 하나를 가격(hit)하는 경우에 사전설정된 파장 절반의 홀수 배이다.
이 실시형태의 효과는, 이것이 방사선 빔의 프로파일을 조정하여 플라즈마 형성 위치에서 프로파일이 더 평탄하고 더 넓도록 할 가능성을 제공한다는 것이다.
액적에 대한 방사선 빔의 정렬 요건에서의 공차(tolerance)를 증가시키는 것이, 약간의 오정렬이 방출되는 EUV 방사선의 양에 악영향을 미치는 문제를 해결할 수 있다.
제 1 구역을 통과하는 방사선 및 제 2 구역을 통과하는 방사선은 가우스 방사선 빔의 상이한 부분들일 수 있다. 제 1 구역을 통과하는 방사선은 적어도 세기 분포의 탑(top)을 포함할 수 있다. 제 2 구역을 통과하는 방사선은 세기 분포의 탑으로부터 이격되어 위치될 수 있으며, 이는 세기 분포의 탑과 역위상인 가우스 분포 곡선의 사이드(side)들의 적어도 일부분을 유도할 가능성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 위상판 구조체는 2 개의 위상판들을 포함하고, 위상판들 중 적어도 하나는 적어도 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며, 제 1 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 제 2 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선은 각각의 광학 경로들을 따라 전파되고, 제 1 영역을 통과하는 방사선과 제 2 영역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이는 위상판에 대해 하류(downstream)인 방사선 빔의 궤적 상의 위치에서 사전설정된 파장 절반의 홀수 배이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 위상판 구조체는 2 개의 위상판들을 포함하고, 위상판들 중 적어도 2 개는 적어도 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며, 제 1 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 제 2 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선은 각각의 광학 경로들을 따라 전파되고, 제 1 영역을 통과하는 방사선과 제 2 영역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이는 위상판에 대해 하류인 방사선 빔의 궤적 상의 위치에서 사전설정된 파장 절반의 홀수 배이다.
1 이상의 위상판들은 ZnSe 및/또는 ZnS로 만들어질 수 있다.
첨부된 도면들을 참조하여, 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
이제 대응하는 참조 부호들이 대응하거나 기능적으로 유사한 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 수직 입사 거울을 갖는 소스 컬렉터 모듈을 포함하는 도 1의 장치의 더 상세한 도면;
도 3은 도 2에 나타낸 소스 컬렉터 모듈의 빔 전달 시스템을 개략적으로 도시하는 도면; 및
도 4는 도 3의 빔 전달 시스템의 위상판 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등의 언급은, 설명된 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명되는 경우, 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성을 초래하는 것은 명확하게 설명되든지 그렇지 않든지 당업자의 지식 내에 있는 것으로 여겨진다.
도 1은 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 리소그래피 장치는 EUV 방사선 소스를 포함한다. 상기 장치는: 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 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(W)(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)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.
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 방사선을 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 액적과 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 소스의 일부분일 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선, 예를 들어 EUV 방사선을 방출하며, 이는 소스 컬렉터 모듈(SO)에 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, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 레이저로부터 소스 컬렉터 모듈로 통과된다. 레이저 및 연료 공급기는 EUV 방사선 소스를 구성하는 것으로 간주될 수 있다.
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 및 퓨필 거울 디바이스들(facetted field and pupil mirror devices)과 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 감지 시스템(PS2)의 도움으로(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서를 이용하여), 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 감지 시스템(PS1)은 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, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, 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 소스 컬렉터 모듈(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함하는 리소그래피 장치(100)를 더 상세히 나타낸다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은, 소스 컬렉터 모듈의 포위 구조체(220) 내에 진공 환경이 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다.
레이저(LA)가 레이저 빔(205)을 통해 크세논(Xe), 주석(Sn) 또는 리튬(Li)과 같은 연료에 레이저 에너지를 축적(deposit)하도록 배치되고, 연료는 경로를 따라 플라즈마 형성 위치(211)를 향해 액적들의 스트림을 지향하도록 구성되는 노즐을 갖는 연료 액적 스트림 발생기(200)로부터 제공된다. 이는 수십 eV의 전자 온도를 갖는 플라즈마 형성 위치(211)에서의 고이온화 플라즈마(highly ionized plasma: 210)를 생성한다. 이 이온들의 탈-여기(de-excitation) 및 재조합(recombination) 동안 발생되는 강력한 방사선은 플라즈마로부터 방출되어, 근 수직 입사 방사선 컬렉터(near normal incidence radiation collector: CO)에 의해 수집되고 포커스된다. 레이저 시스템(LA) 및 연료 액적 스트림 발생기(200)는 함께 EUV 방사선 소스를 구성하는 것으로 간주될 수 있다. EUV 방사선 소스는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스라고 칭해질 수 있다.
방사선 컬렉터(CO)에 의해 반사되는 방사선은 가상 소스점(virtual source point: IF)에 포커스된다. 가상 소스점(IF)은 통상적으로 중간 포커스라고 칭해지며, 소스 컬렉터 모듈(SO)은 중간 포커스(IF)가 포위 구조체(220)에서의 개구부(opening: 221)에, 또는 그 부근에 위치되도록 배치된다. 가상 소스점(IF)은 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다.
후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르며, 이는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 세기의 원하는 균일성뿐 아니라, 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 원하는 각도 분포를 제공하도록 배치된 패싯 필드 거울 디바이스(22) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(MT)에 의해 유지되어 있는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 반사 시, 패터닝된 빔(26)이 형성되고, 패터닝된 빔(26)은 투영 시스템(PS)에 의하여 반사 요소들(28, 30)을 통해 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의해 유지되어 있는 기판(W) 상에 이미징된다.
레이저 시스템(LA)은 연료를 예열하는 데 사용될 수 있다. 이는 도 3에 도시된다. 도 3은 레이저 시스템(LA)을 개략적으로 나타낸다. 레이저 소스(LA)는 펄스화된 형태로 방사선 빔들(303a, 303b)을 발생시키도록 구성되는 배치되는 2 개의 레이저 소스들(301a, 301b)을 포함한다. 주 펄스 레이저 소스(main pulse laser source: 301a)는 10.59 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 발생시키도록 구성될 수 있고, 프리-펄스 레이저 소스(pre-pulse laser source: 301b)는 10.23 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 발생시키도록 구성될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 거울(302a) 및 빔 스플리터(302b)가 10.23 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 반사시킨다.
도 3의 실시예는, 사용 시 레이저 소스(301b)가 먼저 펄스를 발생시키도록 작동(trigger)되게 구성되며, 예를 들어 1 ㎲ 후 레이저 소스(301a)가 펄스를 발생시키도록 작동된다.
레이저 시스템(LA)은 빔 전달 시스템(305)을 포함한다. 빔 전달 시스템(305)은 반사기들(307, 309) 및 빔 스플리터들(311, 313, 315)을 포함한다. 반사기들(307, 309) 및 빔 스플리터들(311, 313, 315)은, 방사선 빔이 사전설정된 주 궤적(317) 및 사전설정된 프리-펄스 궤적(319)을 따라 전파되도록 구성된다. 빔 스플리터(311)는 약 10.59 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 반사시키고, 약 10.23 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 투과시키도록 구성된다. 따라서, 레이저 소스(301a)에 의해 발생된 펄스들이 궤적(317)을 따라 전파되고, 레이저 소스(301b)에 의해 발생된 펄스들이 궤적(319)을 따라 전파된다. 두 궤적들(317, 319)은 포커싱 유닛(320)을 통과하며, 이는 액적(322)들 중 하나를 가격하도록 플라즈마 형성 위치(211)에 방사선 빔을 포커스한다.
도 3의 빔 전달 시스템(305)은 위상판 구조체(321)를 포함하고, 이는 도 4에 더 상세히 도시된다. 위상판 구조체(321)는 제 1 위상판(323) 및 제 2 위상판(325)을 포함한다. 위상판들(323, 325) 각각은 제 1 영역(327, 329) 및 제 2 영역(331, 333)을 포함한다. 위상판들(323, 325)은 사전설정된 프리-펄스 궤적(319)을 따라 전파되는 레이저 빔(303)의 일부분이 제 1 위상판(323) 및 제 2 위상판(325) 모두를 통해 전파되도록 위치되고 방위된다.
위상판들(323, 325) 각각은 제 1 영역(327, 329)을 통과하는 방사선 빔(303)으로부터의 방사선 및 제 2 영역(331, 333)을 통과하는 방사선 빔(303)으로부터의 방사선을 갖는 방사선이 광학 경로 길이의 차이를 갖도록 구성되고 배치된다. 이 차이는 방사선 빔(303)의 파장 절반의 홀수 배일 수 있다. 이러한 파장은 프리-펄스 레이저 소스(301b)의 방사선의 파장일 수 있으며, 이 실시예에서는 약 10.23 ㎛이다.
도 4에서, 방사선 빔(303)의 단면(335)이 도시된다. 방사선 빔의 일부분은 제 1 구역(337)을 통과하고, 방사선 빔의 또 다른 부분은 제 2 구역(339)을 통과한다. 이는 방사선 빔(303)의 방사선이 위상판 구조체(321)에 대해 상류에서 동위상(in-phase)인 경우, 제 2 구역(339)을 통해 투과된 방사선에 대해 제 1 구역(337)을 통해 투과된 방사선이 역위상이 되도록 하는 위상 시프트(phase shift)를 유도한다는 것을 당업자라면 쉽게 인지할 것이다. 제 1 구역(337)의 크기는 제 1 위상판(323) 및 제 2 위상판(325)의 위치에 의해 결정되며, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 도 3에 나타낸 액추에이터 시스템(341)에 의해 결정된다.
도 3으로 되돌아가면, 최종 포커스 메트롤로지 유닛(343)은 방사선 빔(303)의 파면 및 세기 프로파일에 관한 데이터(345)를 제공한다. 데이터 처리 시스템(347)이 포커싱 유닛(320) 및 빔 스플리터들(313, 315)의 조합의 포커스 부근의 빔 프로파일을 계산한다. 이는 방사선 빔이 위상판 구조체(321)를 통과하는 경우일 수 있다. 데이터 처리 시스템(347)은 궤적(319)를 따라 지나가는 방사선 빔의 일부분에 대해 위상판들(323, 325)을 위치시키는 액추에이터 시스템(341)을 작동시킨다.
위상판들(323, 325)의 위치는, 프리-펄스 궤적(319)을 따라 전파되는 플라즈마 형성 위치(211)에서의 빔 단면이 가우스가 아니라, 더 평탄화된 프로파일을 갖는 방식으로 작동된다.
작동 시, 프리-펄스 레이저 소스(302b)가 먼저 펄스를 발생시킨다. 펄스는 위상판 구조체(321)를 통해 궤적(319)을 따라 전파된다. 이는 펄스의 파면을 앞서 설명된 바와 같이 평탄화되게 한다. 펄스는 액적(322)을 조사(irradiate)하고, 이는 팬케이크-형 구름(pancake-shaped cloud)으로 기화한다. 그 후, 주 펄스 레이저 소스(302a)가 작동되고, 펄스를 발생시키며, 이는 궤적(317)을 따라 전파되고 구름을 가격하여 EUV-방출 플라즈마를 생성한다.
본 발명을 벗어나지 않고 많은 변형예들 및 수정예들이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. CO2 레이저일 수 있는 앞서 언급된 프리-펄스 레이저 소스 대신에, 예를 들어 약 1.064 ㎛의 파장을 갖는 방사선을 발생시키는 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저가 사용될 수 있다.
일반적으로, 나타낸 것보다 더 많은 요소들이 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다. 또한, 도면들에 나타낸 것보다 더 많은 거울들이 존재할 수 있으며, 예를 들어 도 2에 나타낸 것보다 1 내지 6 개의 추가 반사 요소들이 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다. 유의할 만한 소스 컬렉터 모듈(SO)의 한가지 특징은 레이저 소스가 비스듬히 놓인다는 것이며, 이는 레이저 소스(LA)에 공급되는 연료 액적들의 스트림이 컬렉터(CO)에 부딪히는 연료 액적들을 회피하도록 실질적으로 수평이어야 함을 의미한다.
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, LED, 태양 전지, 포토닉 디바이스(photonic device) 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.
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.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 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 (15)

  1. 방사선 소스에 있어서:
    액적 경로를 따라 플라즈마 형성 위치를 향해 연료 액적들의 스트림을 지향하도록 구성되는 노즐 -상기 방사선 소스는
    가우스(gaussian) 세기 분포를 갖고 사전설정된 파장을 가지며 사전설정된 궤적을 따라 전파되는 가우스 방사선 빔을 수용하도록 구성되고, 상기 방사선 소스는 상기 플라즈마 형성 위치에서 연료 액적에 상기 방사선 빔을 포커스하도록 구성됨- ; 및
    1 이상의 위상판(phase plate)을 포함하는 위상판 구조체 -상기 위상판 구조체는 제 1 구역 및 제 2 구역을 갖고, 상기 구역들은 상기 제 1 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 상기 제 2 구역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선이 상이한 광학 경로 길이들을 갖는 각각의 광학 경로들을 따라 전파되도록 배치됨-
    를 포함하고, 상기 제 1 구역을 통과하는 방사선과 상기 제 2 구역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이는, 상기 제 1 구역을 통과하는 방사선 및 상기 제 2 구역을 통과하는 방사선이 상기 플라즈마 형성 위치에서 연료 액적들 중 하나를 가격(hit)하는 경우에 상기 사전설정된 파장의 절반의 홀수 배인 방사선 소스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구역을 통과하는 방사선 및 상기 제 2 구역을 통과하는 방사선은 상기 가우스 방사선 빔의 상이한 부분들인 방사선 소스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 구역을 통과하는 방사선은 적어도 상기 세기 분포의 탑(top)을 포함하는 방사선 소스.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 구역을 통과하는 방사선은 상기 세기 분포의 탑으로부터 이격되어 위치되는 방사선 소스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상판 구조체는 2 개의 위상판들을 포함하고, 상기 위상판들 중 적어도 하나는 적어도 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 상기 제 2 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선은 각각의 광학 경로들을 따라 전파되고, 상기 제 1 영역을 통과하는 방사선과 상기 제 2 영역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이의 차이는 상기 위상판에 대해 하류(downstream)인 상기 방사선 빔의 궤적 상의 위치에서 상기 사전설정된 파장의 절반의 홀수 배인 방사선 소스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상판 구조체는 2 개의 위상판들을 포함하고, 상기 위상판들 중 적어도 2 개는 적어도 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선 및 상기 제 2 영역을 통과하는 사전설정된 파장을 갖는 방사선은 각각의 광학 경로들을 따라 전파되고, 상기 제 1 영역을 통과하는 방사선과 상기 제 2 영역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이는 상기 위상판에 대해 하류인 상기 방사선 빔의 궤적 상의 위치에서 상기 사전설정된 파장의 절반의 홀수 배인 방사선 소스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 위상판들은 상기 제 1 구역을 통과하는 방사선과 상기 제 2 구역을 통과하는 방사선 간의 광학 경로 길이들 간의 차이를 결정하는 방사선 소스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 위상판들은 상기 제 1 구역의 크기 및/또는 위치 및/또는 상기 제 2 구역의 크기 및/또는 위치가 조정가능하도록 상기 방사선 빔을 가로지르는 방향으로 상기 방사선 빔에 대해 이동가능한 방사선 소스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전설정된 파장은 9 ㎛ 내지 11 ㎛인 방사선 소스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전설정된 파장은 900 nm 내지 1100 nm인 방사선 소스.
  11. 방사선 시스템에 있어서,
    극자외 방사선을 발생시키도록 구성되고 배치되는 상기 방사선 시스템은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스, 및 CO2 레이저 소스 또는 이트륨 알루미늄 가넷 레이저 소스와 같은 레이저 소스를 포함하는 방사선 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방사선 시스템은 극자외 방사선-생성 플라즈마를 발생시키기 위해, 플라즈마 형성 위치에서 연료 액적을 가격하는 프리-펄스(pre-pulse), 및 상기 연료 액적이 상기 프리-펄스에 의해 가격된 후 상기 플라즈마 형성 위치에서 상기 연료 액적을 가격하는 후속한 주 펄스(subsequent main pulse)를 제공하도록 구성되고 배치되는 방사선 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 방사선 시스템은, 사용 시 상기 레이저 소스가 상기 프리-펄스 및 상기 후속한 주 펄스를 발생시키도록 구성되는 방사선 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 방사선 시스템은 사용 시 상기 레이저 소스가 상기 프리-펄스를 발생시키도록 구성되며, 상기 방사선 시스템은 추가 레이저 소스를 포함하고, 상기 방사선 시스템은 사용 시 상기 추가 레이저 소스가 상기 주 펄스를 발생시키도록 구성되는 방사선 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 장치.
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