KR20180033563A - Euv 범위의 계측 애플리케이션들을 위한 콤팩트 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 코히어런트 산란 방법들을 사용하는 EUV 범위의 계측 방법들에 대해 충분한 전력, 우수한 안정성 및 높은 코히어런스를 전달할 수 있는 저장 링에 기초한 콤팩트하고 비용 효율적인 광원을 제공하는 것이다. 이 목적은, 본 발명에 따라 13.5nm에서의 화학선 마스크 검사를 위한 특성들을 갖는 광을 제공하기 위해 저장 링(SR), 부스터 링(BR), 선형 가속기, 및 언듈레이터(UN)를 포함하는, 전자 빔 가속기 기술에 기초한 콤팩트 광원(LS)에 의해 달성되고, 여기서: a) 전자 빔의 강도는 10-3의 레벨 아래로 유지되고; b) 콤팩트 멀티-벤드 자석 구조가 작은 이미턴스를 발생시키도록 저장 링(SR)에 대해 사용되어 광의 높은 휘도 및 큰 코히어런트 콘텐트를 이끌어 내고; c) 부스터 링(BR)과 저장 링(SR)은, 요구되는 바닥 공간을 작게 유지하고 간섭 효과들을 감소시키기 위해 동심원적인 상면도 배열로 상이한 레벨들에 위치하고; d) 준-연속 주입, 각각 향상된 탑-업 주입이, 높은 강도 안정성에 도달하기 위해 그리고 탄성 빔 가스 산란 및 토우셰크 산란으로 인한 수명 감소들을 막기 위해 구현되고; e) 저장 링(SR)으로의 주입 및 부스터 링(BR)으로부터의 추출은, 부스터 링(BR) 및 저장 링(SR)의 평행한 직선 구간 궤도들에 의해 정의되는 평면에서 대각선으로 수행되고; f) 부스터 링(BR)으로부터 저장 링(SR)으로의 탑-업 주입에 대해 2개의 반대칭으로 배열된 램버슨 셉타가 사용된다. 이러한 조치들을 통해, 종래의 실험실들 또는 그 유지관리 영역들에 맞고, 유지관리 요구 사항들이 상당히 낮고 소유 비용이 낮아진 매우 콤팩트한 소스가 얻어 진다. 언듈레이터에 의해 방출되는 광의 파장은 6nm부터 30nm까지의 범위이다. 광 빔은 10-3의 범위에서의 극적인 강도 안정성을 가지며, 10mW보다 큰 마스크 상의 충분한 전력을 갖고, 10kW/mm2/sr보다 큰 높은 밝기를 갖는다. 언듈레이터 주기 길이, 언듈레이터 주기들의 수, 전자 빔 에너지의 파라미터 공간은, 코히어런트 산란 방법들 및 렌즈가 없는 계측 애플리케이션들에 대해 요구되는 파장, 광자 플럭스 및 코히어런스를 제공하도록 최적화된다. 동심원적인 링들의 개념은 소스의 최소 풋프린트를 가능하게 한다. 낮은 갭 언듈레이터와 저장 링으로의 향상된 탑-업 주입의 조합은, 극히 높은 강도 안정성을 제공하고, 코히어런트 산란 방법들의 특정 애플리케이션에 필요한 코히어런스를 충족시킨다.

Description

EUV 범위의 계측 애플리케이션들을 위한 콤팩트 광원
본 발명은, 특히 코히어런트 산란(coherent scattering) 방법들을 사용하는 화학선 마스크 검사에 최적화된, EUV 범위의 계측 애플리케이션을 위한 가속기 기술에 기초한 콤팩트(compact) 광원에 관한 것이다.
이용가능한 기술들을 사용하는 계측이 점점 어려워지고 있다. 온-웨이퍼(on-wafer) 계측, 즉, 얇은 필름들, 패턴화된 포토레지스트들로부터 통합 디바이스들에 이르는 나노 구조(nanostructure)들의 계측은, CD(임계 치수, 즉 라인 폭(line width)), LER(라인-에지(line-edge) 거칠기), 높이, 표면 거칠기, 결함들, 두께, 측벽 각도, 재료 구성물, 및 오버레이 오류들과 같은 구조적 파라미터들을 모니터링 및 제어하는 데 필수적이다. 전자 현미경 외에도, 광학 계측(이미징(imaging), 산란, 및 엘립소메트리(ellipsometry))이 광범위하게 사용된다. 광학 스캐터로메트리(scatterometry)는 강도의 스펙트럼 변동들(spectral changes)을 측정하여 CD를 결정한다. 엘립소메트리는 두께 및 구성물을 측정한다. X-선 계측은 2.5D 및 3D 아키텍처들의 거친 특징들에 대해 사용된다.
치수들이 줄어들고 FinFET들(즉, 키가 큰 구조들)이 도입됨에 따라, 이 방법들은 그 한계에 달하고 있다. 산업계의 현재 전략은 하이브리드 계측 흐름과 포괄적인 모델링이다. 추가의 진보를 위해서, 새롭고 파괴적인 접근들이 필요하다. 미래의 재료들(예를 들어, 그래핀(graphene))에 대해서, 산업계는 계측 솔루션들이 부족하다. 매우 유망한 기술인 직접 자기-조립(directed self-assembly)(DSA)은 그 무작위성으로 인해 오버레이 계측을 필요로 하고, 여기에는 새로운 솔루션들이 필요하다. 따라서, 미래의 진보는 "계측 갭"에 의해 방해받을 가능성이 매우 높다.
극 자외선 리소그래피(extreme ultraviolet lithography)(EUVL)는 반도체 디바이스들의 대-용량 제조를 위한 서브(sub)-22nm HP(서브 7nm 기술 노드)를 위한 가장 실행 가능하고 비용-효율적인 차세대 리소그래피로 간주된다. EUVL은 투영 광학계와 마스크 모두를 위한 반사 광학 컴포넌트들을 기반으로 한다.
최신 기술의 193nm(ArF) 광학 리소그래피부터 13.5nm EUV 리소그래피까지의 큰 스텝은 EUV 파장 범위에 대한 광학 요소들의 가용성에 의해 트리거되었다. 굴절 광학계가 광자 빔의 조작에 사용되는 193nm 범위와 비교하여, EUV 범위에 대해서는 반사 광학계만 이용할 수 있다. 13.5nm 파장에서 70% 반사율과 2% BW를 갖는 Mo-Si 코팅들은 미러들 및 마스크들 모두에 채택되는 기술이다. 이러한 다중층(multilayer)들은 프로세스에 또 다른 복잡성을 추가한다. 광학계 및 마스크의 평탄성에는 엄격한 요구 사항들이 존재한다.
EUV 마스크는, 기판, 기판상의 다중층 코팅, 및 다중층 상에 패턴화된 흡수 구조물들(예를 들어 TaN)로 구성되며, 이들 모든 층은, 스캐너에서 사용하기 전에 격리된 결함들을 수리하기 위해 또는 마스크를 폐기하기 위해 검출되고 특성화될 필요가 있는 일부 결함들을 가질 수 있다. 따라서, EUV 마스크 검사 툴들은 중요한 요소들이 되며, 특히 다중층 미러의 깊은 내부에 위치한 왜곡들에 의해 발생된 위상 오류들을 검출하는 것이 또한 중요하다. 마스크 검사는 블랭크 다중층 상에서 그리고 패턴화된 마스크들 및 최종 마스크 상에서 펠리클(pellicle)을 통해 필요하다.
UV 현미경, AFM, SEM과 같은 다른 계측 방법들이 이러한 목적을 위해 사용되지만, 화학선 마스크 검사, 즉 EUV 광의 계측은 없어서는 안될 방법으로 밝혀졌다. EUV 광만이 공진 다중층 구조에 깊숙이 침투한다. 최신 기술의 SEMATECH 화학선 검사 툴(Actinic Inspection Tool)(SHARP)은 포토마스크 연구 전용인 높은 해상도 EUV 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate) 현미경이다. 상업용 마스크 검토 툴들, 즉 AIMS 툴이 Carl Zeiss에 의해 개발되었다. 다른 마스크 검사 툴들이 KLA Tencor와 같은 일부 산업체들에 의해 개발 중에 있고, 회사의 공식 진술에 따라 중단되었다.
위에서 언급한 렌즈-기반 방법들 외에도, 코히어런트 산란(회절) 방법들 및 코히어런트 산란 이미징과 같은 렌즈가 없는 방법들이 화학선 마스크 검사에 실현 가능한 것으로 입증되었다. 이러한 방법들은, 값비싼 광학계에 의존하지 않으며, 위상-검색 알고리즘들을 사용하는 결함 검사 또는 이미징에 대한 다른 이점들도 갖는다.
EUV 계측의 주요 과제들 중 하나는 높은 밝기와 높은 안정성의 EUV 소스를 찾는 것이다. EUV 광은, 방전 플라즈마 생산(Discharge Plasma Production)(DPP) 또는 레이저 플라즈마 생산(Laser Plasma Production)(LPP)에 의해 고-온 및 고-밀도 플라즈마로부터의 자연 방출을 통해 얻을 수 있다. 스캐너의 경우 100W 이상의 LPP 소스들이 개발 중에 있고 실현 가능성이 있는 것처럼 보이지만, 유사한 기법(scheme)과 더 작은 드롭렛들(droplets)을 사용하여 훨씬 적은 전력으로 더 높은 밝기를 달성하는 것은 극히 어렵다. 안정성, 가동-시간(up-time) 및 파편들이 가장 중요한 이슈이다. 높은-고조파 발생(High-harmonic generation)(HHG) 소스들도 이용할 수 있다. 이러한 높은 코히어런트 소스들의 문제점들은 안정성과 전력이다. 요약하면, 적절한 시간 내에 포토마스크를 스캔하기 위해, DPP 및 LPP 소스들은 밝기(<100W/mm2/srd) 및 안정성에 의해 제한된다. 인용된 밝기는 스캐닝 현미경에 대해 충분하다. 이러한 소스들은 상당히 높은 밝기와 코히어런스를 요구하는 코히어런트 산란 방법들에는 적합하지 않다. HHG 소스들은 매우 높은 밝기(코히어런스)를 갖지만 플럭스(flux)는 μW 범위에 있는 병목이 된다. 이러한 소스들은 코히어런트 산란 방법들에 대해 실현 가능하지만, 적절한 시간 내에 마스크 검사를 위해서는 플럭스가 10mW를 초과해야 한다. 따라서, 이들은 산업의 목표 사양들 내에서 포토마스크 계측에 사용하기에 유용하지 않다. 마스크 계측(즉, 낮은 해상도 및 높은 처리량을 갖는 결함들의 국부화를 위한 마스크 검사, 및 낮은 속도 및 높은 해상도를 갖는 결함들의 특성화를 위한 마스크 검토)은 미래의 진보를 가능하게 하는데 매우 중요하다. 특히, EUV 리소그래피는 마스크들의 결함들을 평가하기 위해 반사 이미징 기술을 요구한다. 특히 다중층의 내부 또는 하부에 있는 결함들은 종래의 방법들로는 검출할 수 없다. 따라서, 화학선 계측, 즉, 13.5nm의 EUV 광(92eV)과 6°의 입사각(제조의 조명 조건들)에서의 반사를 이용한 검사 및 검토는 없어서는 안되는 것으로 간주된다. 따라서, EUV 마스크 계측은 검토와 검사 모두에 대해 위기에 처해 있으며 즉각적인 해결책들이 필요하다.
광학 풀-필드(full-field) 이미징, 스캐닝 현미경, 산란, 코히어런트 산란, 및 코히어런트 회절 이미징을 포함하되 이에 국한되지 않는 온-웨이퍼(on-wafer) 및 마스크 계측 방법들 모두에 대해, 단파장, 즉 파장이 30nm - 6nm인 EUV 광을 사용하는 것이 해결책이 될 수 있다. 그러나, 이러한 방법들은 광학 방법들의 요구 사항들을 충족시키는 광원들을 필요로 한다. 높은-고조파 발생 및 상기 레이저 보조 플라즈마 소스들과 같은 최신 기술의 광원들의 주요 과제들은 높은 밝기 및 코히어런스, 안정성 및 플럭스 뿐만 아니라 적절한 크기 및 높은 작동 신뢰성이다. 낮은 설치 비용 및 낮은 유지관리 비용 또한 물론 이슈들이다.
위의 특징들 중 일부를 충족시키는 많은 시스템들이 제안되거나 제조되었지만, 위의 모든 특징들을 충족시키는 시스템은 없다.
저장 링(storage ring) 및 자유-전자 레이저와 같은 가속기-기반 광원들은 높은 플럭스 및 코히어런스를 제공할 수 있으며, 마스크 검사를 포함하는 다양한 애플리케이션들에 대해 전 세계적으로 사용된다. 이들의 단점은 이들이 상대적으로 크기가 크다는 것이다. 콤팩트 싱크로트론(synchrotron)도 제안되었으며 그 중 몇몇은 지난 10년간 제조되어 왔다. 예를 들어, 지금까지 벤딩 자석 또는 위글러(wiggler)로부터 EUV 광의 발생이 제안되었다(예를 들어, US 8,749,179 B1 참조). 이들 둘 다는, 요구되는 파장이 필터링되어야 하는 광범위한 스펙트럼과 상대적으로 낮은 밝기를 갖는 빛을 방출한다. 또한, 저장 링 내의 전자 빔의 주입과 소멸의 긴 인터벌로 인해 강도가 일정하지 않다. 또한, 이 설계는 툴의 전체 풋프린트(footprint)를 줄이는데 중점을 두지 않는다. 가장 중요하게, 이러한 툴은 렌즈-기반 방법들을 사용하는 EUV 화학선 마스크 계측의 요구 사항들을 충족시킨다. 이는 스캐닝 현미경 및 풀-필드 이미징에 필요한 충분한 밝기를 제공한다. 빔 강도의 변화는 스캐닝 속도를 조절하거나 빔 강도의 감쇠를 제어함으로써 보정된다. 그러나, 이러한 소스는 코히어런트 산란 방법들에 요구되는 매우 높은 밝기 및 코히어런스를 제공하지 못한다. 더욱이, 광자 강도의 변동은 빔 위치의 불안정성을 초래하는 미러상의 열 부하를 변동시킬 것이다. 코히어런트 산란 이미징에 있어서, 빔 안정성 요구 사항들이 매우 중요하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 코히어런트 산란 방법들을 포함하지만 이에 국한되는 것은 아닌 EUV 범위의 계측 방법들에 대해 충분한 전력, 안정성, 밝기 및 코히어런스를 전달할 수 있는 저장 링에 기초한 콤팩트하고 비용 효율적인 광원을 제공하는 것이다.
이 목적은, 본 발명에 따라 13.5nm에서의 화학선 마스크 검사를 위한 특성들을 갖는 광을 제공하기 위해 저장 링, 부스터 링(booster ring), 선형 가속기, 및 언듈레이터(undulator)를 포함하는, 전자 빔 가속기 기술에 기초한 콤팩트 광원에 의해 달성되고, 여기서
a) 전자 빔의 강도는 10-3의 레벨 아래로 유지되고;
b) 콤팩트 멀티-벤드(multi-bend) 자석 구조가 작은 이미턴스(emittance)를 발생시키도록 저장 링에 대해 사용되어 광의 높은 휘도 및 큰 코히어런트 콘텐트(coherent content)를 이끌어 내고;
c) 부스터 링과 저장 링은, 요구되는 바닥(floor) 공간을 작게 유지하고 간섭 효과들을 감소시키기 위해 동심원적인 상면도(concentric top view) 배열로 상이한 레벨들에 위치하고;
d) 준-연속(quasi-continuous) 주입, 각각 향상된 탑-업(top-up) 주입이, 높은 강도 안정성에 도달하기 위해 그리고 탄성 빔 가스 산란 및 토우셰크(Touschek) 산란으로 인한 수명 감소들을 막기 위해 구현되고;
e) 저장 링으로의 주입 및 부스터 링으로부터의 추출은, 부스터 링 및 저장 링의 평행한 직선 구간(straight section) 궤도들에 의해 정의되는 평면에서 대각선으로 수행되고;
f) 부스터 링으로부터 저장 링으로의 탑-업 주입에 대해, 2개의 반대칭으로(antisymmetrically) 배열된 램버슨 셉타(Lambertson septa)가 사용된다.
이러한 조치(measure)들을 통해, 종래의 실험실들 또는 그 유지관리 영역들에 맞고, 유지관리 요구 사항이 낮고 소유 비용이 낮아 지도록 설계된 충분히 콤팩트한 소스가 얻어 진다. 언듈레이터에 의해 방출되는 광의 파장은 6nm부터 30nm까지의 범위이다. 광 빔은 10-3의 범위에서의 극적인 안정성을 가지며, 100mW보다 큰 범위에서의 충분한 중앙 콘(cone) 전력을 갖고, 전송 광학계가 마스크 레벨 상의 빔의 적어도 10%를 전달하는 소스 레벨에서 100kW/mm2/sr보다 큰 높은 밝기를 갖는다. 이 값들은 적절한 시간 내에 포토마스크의 100cm2 필드 영역의 스캐닝 및 코히어런트 산란 방법들의 사용에 기초한다. 렌즈-기반 계측 방법들에 대한 마스크 검토 및 코히어런스 요구 사항에 대한 플럭스 요구 사항은 이러한 사양들보다 낮으므로 이 방법으로도 실현 가능하다.
따라서, 언듈레이터 주기 길이, 언듈레이터 주기들의 수, 전자 빔 에너지의 파라미터 공간은, 최소 비용 및 공간 요구 사항들로 계측 애플리케이션들에 대해 요구되는 파장 및 광자 플럭스를 제공하도록 최적화되었다. 다른 콤팩트 소스는 빔 안정성 및 콤팩트화를 동시에 실현하기 위해 동심원적인 링 개념을 제안하지 않았다.
종래의 실험실 및 그 유지관리 영역에 맞추기 위해, 이 아키텍처는 약 50m2의 풋프린트를 갖도록 설계된다.
2개의 긴 직선 구간들이 있는 레이스트랙 설계를 위한 극히 작은 풋프린트는 저장 링, 부스터 및 선형 가속기의 3-차원 배열에 의해 달성된다. 이 조치는 또한 저장 링 빔 상의 부스터 링의 전자기 교란들을 완화한다. 또한, 작은 다중-기능 자석들은 저장 링 및 부스터 링의 구조들을 구축하고 있다.
언듈레이터에 대한 결과적인 직선 구간 길이에 기초하여, 저장 링의 최적 레이아웃이 생성되었으며, 이는 벤딩 자석 및 사중극자(quadrupole)의 가능한 최대 자기 필드 및 엔지니어링 공간 요구 사항들에 대한 기술적 경계를 존중한다.
콤팩트 소스에 대한 참신성으로서, 본 발명은 저장 링으로의 준-연속적이고 각각 향상된 탑-업 주입을 위한 전체 에너지 부스터 싱크로트론 링을 포함한다. 탑-업 주입은, 요구되는 강도 안정성에 도달하는 것 뿐만 아니라 토우셰크(Touschek) 산란 및 탄성 빔 가스 산란으로 인한 수명 감소들을 막기 위해 의무적이다. 전자 빔의 낮은 에너지와 언듈레이터의 작은 수직 개구 갭은 모두 이러한 효과들을 강하게 향상시킨다.
저장 링으로의 주입 및 부스터 싱크로트론 링으로부터의 추출은 부스터 링 및 저장 링의 평행한 직선 구간 궤도들에 의해 정의되는 경사면에서 수행된다. 저장 링으로의 주입을 위해, 주입 프로세스 중에 저장된 빔을 영향받지 않게 남겨 두는 펄스 다중극(multipole) 시스템이 사용된다. 키커(kicker) 상승 및 하강 시간에 대해 링 충전에는 갭이 필요하지 않으므로 충전의 균질성이 증가하고, 고정된 총 전류에 대해 번치(bunch) 당 차지(charge)가 감소되어 집합적 영향들을 완화하므로, 소스 안정성이 더 향상된다.
선형 가속기(Linac)는 저장 링의 구조 내에 완전히 맞는다. 이 조치는 또한 소스의 풋프린트를 줄이는 요구에 확실히 기여한다.
따라서, 본 발명에 따른 광원은, 코히어런트 회절 이미징(coherent diffraction imaging)(CDI)에 요구되는 바와 같이, 극히 높은 강도 안정성을 갖는 제1 EUV 소스이다.
본 발명의 추가의 양호한 실시예들은 종속 청구항들에 열거되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 기술된다.
도 1은, 16mm 길이의 200 주기의 언듈레이터에 대한 전자 에너지의 함수로서 빔 전류의 변화의 예를 도시한다.
도 2는 동일한 범위의 전자 에너지에 대한 관련 자기 필드를 도시한다.
도 3은 화학선 마스크 검사를 위한 특성들을 갖는 광을 제공하기 위한 콤팩트 광원의 베이스라인 설계를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 콤팩트 광의 3D-통합 뷰(view)를 도시한다.
기술적인 배경의 더 나은 이해를 위해, CDI를 이용하는 화학선 마스크 검사를 위한 광자 빔 요구 사항들을 먼저 설명한다.
CDI를 사용한 마스크 검사의 원리에 대한 검증은 SLS(Paul Scherrer 연구소의 스위스 광원(Swiss Light Source), 5232 Villigen PSI, 스위스)의 XIL-II 빔라인(beamline)에서 수행되었다. CDI에 기초한 화학선 마스크 검사 툴에 대한 광자 빔 요구 사항들이 표 1에 수집된다. 이 값들은 대략적인 추정임에 유의해야 한다. 요구 사항들의 보다 정확한 예측은, 광학계, 측정 방법들, 재구성 알고리즘들 및 검출기 사양들을 갖는 완전한 시스템의 개념적 설계가 필요하다. 또한, 매우 가능성있는 시나리오는 단일 소스가 다중 툴들을 동시에 서브(serve)하는 것이다. 현재, 가장 좋은 옵션은 단일 언듈레이터를 사용하고 빔 스플리터(splitter)로 빔을 분배하는 것일 수 있다.
Figure pct00001
13.5nm의 파장에서 CDI를 이용한 화학선 마스크 검사를 위한 요구 사항들에 기초해서, 소스 파라미터들 - 언듈레이터 및 콤팩트 저장 링의 첫번째 최적화가 수행되었다. 계산은 0.1% 대역폭에서 초당 1.3x1015 광자들의 플럭스 요구 사항에 기초한다.
콤팩트 광원에 대한 관련 관계들은 다음과 같다:
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
여기서,
Figure pct00006
는 방출된 광의 파장을 나타내고;
Figure pct00007
는 언듈레이터의 주기 길이이고,
Figure pct00008
는 수학식 2에 의해 정의된 바와 같은 로렌츠(Lorentz) 계수이고, n0는 수학식 3에 의해 정의된 바와 같은 대역폭의 0.1%에서의 초당 광자들의 수이고, K는 수학식 4에 의해 정의된 바와 같은 언듈레이터 파라미터이다. Nu는 언듈레이터 주기들의 수를 나타내고, I는 전자 빔의 전류이다.
도 1은, 보존 값으로서 선택된 16mm의 언듈레이터 주기 길이
Figure pct00009
에 대해서, 조건들 수학식 1 및 수학식 3이 충족되는 경우의 전자 에너지의 함수로서 빔 전류의 변화를 도시한다. K가 0에 가까워지면, 빔 전류 I는 조건 수학식 1을 충족시키기 위해 무한대로 간다. 그러나, 이 극으로부터 약간 적당한 거리에서 적절한 전류에 도달할 수 있다. 여기에서의 고려 사항에 있어서 에너지는 430MeV로 선택되었다. 이 에너지 제한을 초과해서는 전류 감소에 많은 이득이 없다.
도 2는 (도 1과 같은) 동일한 범위의 전자 에너지에 대한 관련 자기 필드 B를 도시한다.
결론: 소스 개념의 개발을 위해, 16mm의 언듈레이터 주기 길이가 선택되었다. 다른 모든 파라미터들은 이 선택의 결과이다. 콤팩트 저장 링의 에너지는 430MeV가 되고, 0.42T의 언듈레이터 필드가 얻어 진다.
짧은 주기 길이와 높은 필드를 갖는 언듈레이터들에 대한 몇 가지 기술적인 제한들이 있다. 16mm의 언듈레이터 주기 길이는 오늘날 통상적으로 도달할 수 있는 한계점에 있다. 더 짧은 주기 길이는, 수학식 1에서 명백한 바와 같이 낮은 빔 에너지의 장점을 가지지만, 반면에 적절한 큰 K 파라미터 수학식 4를 달성하기 위해서 더 높은 언듈레이터 필드 세기를 요구한다. 그리고 K 파라미터가 너무 낮으면, 더 높은 빔 전류가 수학식 3에 의해 정의된 요구되는 플럭스에 도달하기 위해 필요하다.
크라이오(cryo) 언듈레이터들은 더 높은 필드와 결합된 훨씬 더 짧은 주기 길이를 허용하지만, 신뢰성에 영향을 미칠 수 있는 복잡성을 추가하므로 여기서는 고려하지 않는다.
요구되는 광자들의 수는 150mA의 빔 전류로 도달할 수 있다. 이것은 유해한 집합적 영향들을 피하기 위해 충분히 낮다. 결론적으로, 430MeV의 에너지는 콤팩트 저장 링을 허용하도록 적절하게 작다. 언듈레이터에 대한 0.42T의 필드는 실제 표준들 내에 있다. K 값은 0.63이고, 그 결과 더 높은 고조파를 향상시키지 못할 정도로 충분히 작다.
언듈레이터와 전자 빔의 선택된 파라미터들이 표 2에 요약된다.
Figure pct00010
CDI 방법들은 전자 빔의 높은 강도 안정성을 요구하고, 이는 탑-업 주입을 의무적이게 만든다. 탄성 빔-가스 산란 및 토우셰크 산란으로 인한 수명 감소를 막기 위해 향상된 탑-업 주입 또는 준-연속 주입이 필요하게 된다. 둘 다는 작은 언듈레이터 갭과 결합된 낮은 저장 링 에너지에 의해 강하게 향상된다.
도 3은 13.5nm에서의 화학선 마스크 검사를 위한 특성들을 갖는 광을 제공하기 위한 콤팩트 광원(2)의 상면도를 개략적으로 도시한다. 물론, 특정 컴포넌트들의 설계를 채택함으로써, 방출된 광은 다른 주된 파장들을 가질 수 있다. 콤팩트 광원(2)은 저장 링(SR), 동심원적인 부스터 싱크로트론(BO) 및 선형 사전-가속기(pre-accelerator)(LI)를 포함한다. 도 3에는 또한, 부스터 추출 기법(4) 및 2개의 반대칭으로 배열된 램버슨 셉타 YEX, YIN을 갖는 저장 링 주입 기법(6)의 개략적 측면도가 포함된다. YEX은 추출 격막(septum), YIN은 주입 격막을 표시하고, KEX는 추출 키커, KIN은 비선형 주입 키커를 나타낸다. 도 4는, 저장 링(SR), 부스터 싱크로트론(BO), 선형 사전-가속기(LI)와 함께 전송 라인들(TL), 언듈레이터(UN), 및 가속 공동들(CY)을 갖는 콤팩트 광원(2)의 3D-뷰를 개략적으로 도시한다.
부스터 싱크로트론(BO)의 설계는 저장 링(SR)의 레이스트랙 형태를 따른다. 요구되는 바닥 면적은 최소가 되어야 하기 때문에, 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 부스터 싱크로트론(BO)은, 빔 전송을 용이하게 하기 위해 최소의 측방향 간격을 갖고, 부스터 싱크로트론(BO)과 저장 링(SR) 사이의 분리를 최대화하기 위해 큰 수직 간격을 가지면서 저장 링(SR) 아래에 동심원적으로 배치된다. 이것은 저장 링(SR) 내의 전자 빔에 대한 사이클링 부스터 싱크로트론(BO)의 전자기 교란을 완화할 것이다.
경사진 추출 및 주입 시스템(4, 6)은 부스터 싱크로트론(BO) 및 저장 링(SR)의 2개의 직선 구간을 연결하는 2개의 반대칭으로 배열된 램버슨 셉타 YEX, YIN에 의해 구축된다. 전자 빔은 셉타 YEX, YIN 모두에서 수평으로 변위되고 수직으로 편향된다. 저장 링 주입 격막 YIN으로부터, 저장 링 수용부 내에 캡처된 다중극 주입 키커 KIN으로 작은 기울기로 가이드된다.
위에서 제시된 이 콤팩트 광원(2)의 혁신적인 특징들, 특히 이들 모두의 조합은 콤팩트한 낮은 에너지 저장 링 기반의 광원에 적용되지 못했다. 여기에 제시된 솔루션의 경우, 그러한 복잡한 시스템의 모든 내재적 문제들이 해결되었다.
언듈레이터(UN)에 대해, 영구 자석 재료 Dy 향상된 NdFeB가 선택되어 Br=1.25T의 잔류 필드를 제공한다. 향상된 재료 - SLS에서 U15 언듈레이터(16.5mm부터 26.5mm까지의 블록 높이 및 20mm부터 30mm까지의 극 폭)와 비교하여 - 로, B=0.47T의 필드는 8.5mm 갭으로 도달될 수 있고, B=0.42T는 9mm로 도달될 수 있다.
아래의 표 3은 주요 빔 파라미터들, 소스 파라미터들 및 광 특성들을 요약한다.
Figure pct00011
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Claims (5)

13.5nm에서의 화학선 마스크 검사를 위한 특성들을 갖는 광을 제공하기 위해 저장 링(storage ring)(SR), 부스터 링(booster ring)(BR), 선형 가속기, 및 언듈레이터(undulator)(UN)를 포함하는, 전자 빔 가속기 기술에 기초한 콤팩트(compact) 광원(light source)(LS)으로서,
a) 상기 전자 빔의 강도는 10-3의 레벨 아래로 유지되고;
b) 콤팩트 멀티-벤드(multi-bend) 자석 구조가 작은 이미턴스(emittance)를 발생시키도록 상기 저장 링(SR)에 대해 사용되어 상기 광의 높은 휘도 및 큰 코히어런트 콘텐트(coherent content)를 이끌어 내고;
c) 상기 부스터 링(BR) 및 상기 저장 링(SR)은, 요구되는 바닥(floor) 공간을 작게 유지하고 간섭 효과들을 감소시키기 위해 동심원적인 상면도(concentric top view) 배열로 상이한 레벨들에 위치하고;
d) 준-연속(quasi-continuous) 주입, 각각 향상된 탑-업(top-up) 주입이, 높은 강도 안정성에 도달하기 위해 그리고 탄성 빔 가스 산란 및 토우셰크(Touschek) 산란으로 인한 수명 감소들을 막기 위해 구현되고;
e) 상기 저장 링(SR)으로의 상기 주입 및 상기 부스터 링(BR)으로부터의 추출은, 상기 부스터 링(BR) 및 상기 저장 링(SR)의 평행한 직선 구간(straight section) 궤도들에 의해 정의되는 평면에서 대각선으로 수행되고;
f) 상기 부스터 링(BR)으로부터 상기 저장 링(SR)으로의 상기 탑-업 주입에 대해, 2개의 반대칭으로(antisymmetrically) 배열된 램버슨 셉타(Lambertson septa)가 사용되는 콤팩트 광원(LS).
제1항에 있어서,
상기 부스터 링(BR)과 상기 저장 링(SR)은, 빔 전송을 용이하게 하기 위해 작은 측방향 변위를 가지면서 간섭 효과들을 감소시키기 위해 더 큰 수직 변위를 가지며 동심원적으로 배열되는 콤팩트 광원(LS).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 저장 링(SR)으로의 상기 향상된 탑-업 주입에 대해, 번치(bunch) 전류를 줄이고 상기 요구되는 높은 강도 및 위치 안정성을 달성하기 위해, 다중극 키커(multipole kicker)가 상기 링 충전(ring filling)의 갭(gap)을 피하도록 사용되는 콤팩트 광원(LS).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
풋프린트(footprint)는 총 약 50m2이고; 2개의 긴 직선 구간들이 있는 레이스트랙(racetrack) 설계에 대한 상기 풋프린트는, 상기 저장 링(SR), 상기 부스터 링(BR) 및 상기 선형 가속기(LA)의 3-차원 배열에 의해, 그리고 상기 저장 링(SR) 및 상기 부스터 링(BR)의 구조들에 대해 다중-기능 자석들을 사용함으로써, 2개의 반대칭으로 배열된 램버슨 셉타를 이용하여 상기 부스터 링(BR)으로부터 상기 저장 링(SR)으로의 빔 전송을 억제하는 콤팩트 분산을 사용함으로써, 단일 비선형 키커에 의해서만 상기 저장 링(SR)으로의 상기 주입을 수행함으로써 달성되는 콤팩트 광원(LS).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
a) 상기 저장 링(SR)은 향상된 탑-업 주입을 통해 상기 부스터 링(BR)으로부터 가속된 전자들을 수신하고, 이러한 방식으로 빔 강도를 10-3의 레벨로 안정되게 유지시키고, 상기 낮은 갭 언듈레이터(UN)와 결합된 상기 낮은 에너지 저장 링에 의해 야기되는 수명 감소들을 막으며, 상기 저장 링(SR) 내의 상기 전자 빔의 상기 전자 에너지는 200MeV부터 500MeV까지의 범위이고, 상기 전자 빔의 전류는 임의의 더 낮은 값부터 200mA까지의 범위이고;
b) 향상된 탑-업 주입을 위해 설계된 상기 부스터 링(BR)은 선형 가속기로부터의 주입 경로를 통해 상기 가속된 전자들을 수신하고;
c) 빔 전송을 용이하게 하기 위해 단지 약간 측방향으로 변위되고, 상기 저장 링 내의 상기 전자 빔에 대한 사이클링(cycling) 부스터의 상기 간섭 효과를 최소화하기 위해 크게 수직으로 변위된 동심원적인 부스터 링과 저장 링의 배열은, 빔 안정성 및 기계 신뢰성을 손상시키지 않으면서 극히 콤팩트한 소스를 가능하게 하고;
d) 상기 낮은 갭 언듈레이터(UN)는 상기 저장 링(SR)에 통합되고; 상기 언듈레이터(UN)는 8mm부터 24mm까지의 언듈레이터 주기 및 상기 언듈레이터 주기의 큰 배수의 길이를 갖는 콤팩트 광원(LS).
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