KR20190093323A - 극자외선 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

극자외선 생성 장치가 제공된다. 상기 극자외선 생성 장치는 제1 방향으로 연장되는 가스셀 하우징, 상기 가스셀 하우징을 제1 방향으로 관통하는 광 유도로로서, 상기 광 유도로는, 입사광이 입사되는 입사부와, 상기 입사부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 입사광과 플라즈마 반응 가스가 접하여 극자외선(EUV; Extreme Ultra Violet)이 생성되는 플라즈마 반응부와, 상기 플라즈마 반응부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 극자외선이 상기 제1 방향으로 방출되는 방출부를 포함하는 광 유도로 및 상기 가스셀 하우징의 측면에서 상기 플라즈마 반응부에 연결되어 상기 플라즈마 반응부에 상기 플라즈마 반응 가스를 공급하고, 상기 광 유도로와 예각으로 기울어진 가스 주입로를 포함한다.

Description

극자외선 생성 장치{Extreme ultra violet(EUV) generating device}
본 발명은 극자외선 생성 장치에 관한 것이다.
간섭계란 동일한 광원에서 나오는 빛을 둘 또는 그 이상의 광행로로 나누어 진행 경로에 차이가 생기도록 한 후, 나누어진 빛이 다시 만났을 때 나타나는 간섭 무늬를 관측하는 장치를 의미한다. 간섭계는 파장의 측정, 길이 또는 거리의 정밀한 비교, 광학적 거리의 비교 등에 이용되며, 최근에는 광학계의 표면 품질 검사를 위한 용도로 사용된다.
극자외선(EUV; Extreme ultra violet) 광 영역은 가시광 영역보다 파장이 짧은 영역으로서, 극자외선 광은 빛을 이용한 정밀 측정에서 파장의 크기에 따라 제한되는 회절 한계에 의한 분해능을 향상시킬 수 있다. 또한, 간섭성이 좋은 광원을 생성할 수 있다면 빛의 간섭 및 회절 현상을 이용한 다양한 응용이 가능하다.
고차 조화파 방식의 극자외선 광원은 다른 극자외선 광원에 비하여 간섭성이 뛰어나 극자외선 간섭계나 극자외선 주사 현미경(Scanning microscopy)의 광원으로 이용된다. 고차 조화파 생성은 Ar, Ne 또는 Xe 등의 비활성 기체에 높은 시변 전기장을 가함으로써 전자가 이온화되어 궤적에 따라 운동하게 되고, 다시 재결합함으로써 이온화 에너지와 전자의 운동에지의 합에 해당하는 에너지가 극자외선 대역의 빛으로 발생하게 된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 플라즈마 반응 가스의 누출을 줄여 극자외선의 파워를 개선한 극자외선 생성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는, 제1 방향으로 연장되는 가스셀 하우징, 상기 가스셀 하우징을 제1 방향으로 관통하는 광 유도로로서, 상기 광 유도로는, 입사광이 입사되는 입사부와, 상기 입사부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 입사광과 플라즈마 반응 가스가 접하여 극자외선(EUV; Extreme Ultra Violet)이 생성되는 플라즈마 반응부와, 상기 플라즈마 반응부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 극자외선이 상기 제1 방향으로 방출되는 방출부를 포함하는 광 유도로 및 상기 가스셀 하우징의 측면에서 상기 플라즈마 반응부에 연결되어 상기 플라즈마 반응부에 상기 플라즈마 반응 가스를 공급하고, 상기 광 유도로와 예각으로 기울어진 가스 주입로를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 IR 레이저 펄스를 방출하는 광원 및 상기 IR 레이저 펄스가 플라즈마 반응 가스와 접하여 극자외선을 생성하는 가스셀을 포함하고, 상기 가스셀은, 상기 IR 레이저 펄스가 통과하는 광 유도로와, 상기 광 유도로와 제1 예각만큼 기울어지게 연결되고, 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 공급로를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 제1 방향으로 연장되어, 상기 제1 방향으로 입사되는 레이저가 통과하는 광 유도로를 포함하는 가스셀 하우징 및 상기 가스셀 하우징의 측면으로부터 연장되어 상기 광 유도로 내부에 플라즈마 반응 가스를 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 주입시키는 가스 공급 모듈을 포함하되, 상기 가스 공급 모듈은 상기 광 유도로와의 사이각이 제1 예각인 가스 공급로를 포함한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 가스셀을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 4는 도 3의 B - B'로 자른 단면도이다.
도 5는 도 4의 가스셀 하우징 내부의 가스 배출 동작을 세부적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 6의 C 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 8은 도 7의 D - D'로 자른 단면도이다.
도 9는 도 6의 가스셀 내부의 기류를 시뮬레이션을 통해서 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11은 도 10의 E 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 12는 도 11의 F - F'로 자른 단면도이다.
도 13은 도 10의 가스 공급로의 기울어진 방향을 설명하기 위한 벡터를 표시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15는 도 14의 G 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 17은 도 16의 H 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 19는 도 18의 가스셀을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 20은 도 19의 I 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 21은 도 20의 J - J'로 자른 단면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1의 가스셀을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다. 도 3은 도 2의 A 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이고, 도 4는 도 2의 B - B'로 자른 단면도이다. 도 5는 도 4의 가스셀 하우징 내부의 가스 배출 동작을 세부적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 극자외선 생성 장치는, 진공 챔버(10), 배기 장치(20), 광원(100), 제1 반사 미러(200), 제2 반사 미러(300), 포커스 미러(400) 및 제1 가스셀(500)을 포함할 수 있다.
진공 챔버(10)는 내부에 제1 반사 미러(200), 제2 반사 미러(300), 포커스 미러(400) 등의 가이드부와, 제1 가스셀(500)을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는 상기 가이드부의 적어도 일부가 진공 챔버(10) 외부에 배치될 수도 있다. 단, 이 경우에도, 제1 가스셀(500)은 진공 챔버(10) 내에 배치될 수 있다.
진공 챔버(10)는 외벽(11), 윈도우(12) 및 배기구(13)를 포함할 수 있다.
외벽(11)은 진공 챔버(10)의 외곽을 형성하고, 진공 챔버(10)의 내부와 외부를 분리시키는 하우징 구조일 수 있다. 외벽(11)은 진공 챔버(10)의 내부와 외벽을 완벽하게 분리시켜 내부의 진공을 유지시켜야 하므로 완벽하게 진공 챔버(10)의 내부를 완벽하게 밀폐시킬 수 있다.
윈도우(12)는 외벽(11)과 함께 진공 챔버(10)의 내부와 외부를 분리시키되, 소스 광(110)이 투과될 수 있다. 즉, 윈도우(12)는 빛이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다. 또는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 반사 미러(200), 제2 반사 미러(300), 포커스 미러(400) 등의 가이드부 중 적어도 일부가 진공 챔버(10)의 외부에 배치될 때는 소스 광(110), 제1 반사광(120), 제2 반사광(130), 제3 반사광(140) 및 제4 반사광(150) 중 어느 하나가 윈도우(12)를 통과하여 진공 챔버(10) 내부로 진행할 수 있다.
배기구(13)는 진공 챔버(10)의 내부를 진공으로 만들기 위해서 내부의 공기가 배출되는 구멍일 수 있다. 배기구(13)는 배기 장치(20)와 결합될 수 있다. 배기구(13)는 평소에는 닫히거나 배기 장치(20)에 의해서 막혀서 진공 챔버(10)의 내부를 진공으로 유지시킬 수 있다.
광원(100)은 제1 반사 미러(200)로 소스 광(110)(예를 들어, 레이저 빔)을 방출한다. 광원(100)은 IR(infrared, 적외선) 레이저를 방출할 수 있다. 소스 광(110)은 펨토초(Femtosecond) 단위의 레이저(laser) 펄스일 수 있다. 예를 들어, 광원(100)은 티타늄 사파이어(Ti:Sapphire) 펨토초 레이저 또는 플루오르화 이트륨 리튬(Nd:YLF) 펨토초 레이저 등을 방출할 수 있다.
제1 반사 미러(200)는 광원(100)이 방출한 소스 광(110)을 제1 반사광(120)으로 반사한다. 제1 반사 미러(200)는 일정한 각을 갖도록 위치할 수 있으며, 이는 광원(100)이 방출한 소스 광(110)을 제2 반사 미러(300)로 반사되도록 한다.
제2 반사 미러(300)는 제1 반사 미러(200)가 반사한 제1 반사광(120)을 제2 반사광(130)으로 반사한다. 빔 스플리터와 달리, 제2 반사 미러(300)와 같은 플레인 미러를 사용하는 경우, 99% 이상의 제1 반사광(120)이 제2 반사 미러(300) 표면에서 반사되기 때문에 포커스 미러(400)에 도달하는 제2 반사광(130)의 광량의 손실을 최소화할 수 있다.
즉, 제2 반사 미러(300)와 같은 플레인 미러는, 레이저 빔의 파형이 제2 반사 미러(300)의 반사면에만 영향을 받으므로 레이저 빔의 파면 왜곡이 감소될 수 있, 극자외선의 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
포커스 미러(400)는 제2 반사 미러(300)가 반사한 제2 반사광(130)을 제3 반사광(140)으로 다시 반사한다. 포커스 미러(400)는 제2 반사광(130)을 집속시켜, 제2 반사 미러(300)에 도달하는 제3 반사광(140)의 광량을 증가시키는 역할을 한다. 제2 반사 미러(300)는 제4 반사광(150)을 다시 제1 가스셀(500)로 반사한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 상기 가이드부 즉, 제1 반사 미러(200), 제2 반사 미러(300), 포커스 미러(400) 등의 구성 요소는 광원(100)에서 발생된 소스 광(110)을 최적의 상태로 집속시키기 위한 구성으로 이루어질 수 있다. 따라서, 반사 미러, 포커스 미러 등의 구성요소의 유무, 배치 및 개수는 얼마든지 달라질 수 있고, 규격화된 것은 아니다.
제1 가스셀(500)은 제2 반사 미러(300)가 반사한 제4 반사광(150)이 도달하는 위치에 존재한다. 제1 가스셀(500) 내에는 비활성 기체가 존재할 수 있다. 상기 비활성 기체는 예를 들어, Ne, Ar, Kr 또는 Xe 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 가스셀(500)에 도달한 제4 반사광(150)과 제1 가스셀(500) 내의 비활성 기체는 상호 작용을 하여 간접적으로 극자외선 광을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 가스셀(500)은 비활성 기체에 대한 플라즈마 유도(High Harmonic Generation; HHG)를 이용해 입사 광의 파장의 홀수 배에 해당하는 파장을 가지는 광을 생성할 수 있다.
배기 장치(20)는 배기구(13)를 통해서 진공 챔버(10) 내의 압력을 진공으로 만들 수 있다. 배기 장치(20)에 의해서 진공 챔버(10) 내에 존재하는 대기는 배기구(13)를 통해서 흡입될 수 있다. 이에 따라서, 진공 챔버(10) 내의 진공압이 형성 및 유지될 수 있다. 제1 가스셀(500)에서 생성되는 극자외선은 대기에 존재하는 기체들과 충돌하는 경우에 흡수되어 소멸될 수 있으므로 진공 챔버(10)를 진공으로 유지하는 것은 극자외선 생성 장치에서 매우 중요할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 가스셀(500)은 가스셀 하우징(510), 광 유도로(520) 캡핑막(530) 및 가스 공급로(420)를 포함한다.
가스셀 하우징(510)은 가스셀의 내부와 외부를 분리시키는 외벽일 수 있다. 가스셀 하우징(510)은 도면에서 직육면체로 도시되었지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치에서 가스셀 하우징(510)의 형상은 얼마든지 달라질 수 있다.
가스셀 하우징(510)은 쿼츠(Quartz)로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 가스셀 하우징(510)은 제1 방향(X1)으로 연장된 형상일 수 있다. 이 때, 제1 방향(X1)으로 연장되었다는 의미는 가스셀 하우징(510)의 단변과 장변 중에 장변이 연장되는 방향이 제1 방향(X1)이라는 의미일 수 있다.
가스셀 하우징(510)은 내부에 광 유도로(520)가 형성될 수 있다. 가스셀 하우징(510)은 가스 공급로(420)가 광 유도로(520)와 가스셀 하우징(510)의 내부에서 연결되도록 형성될 수 있다.
광 유도로(520)는 가스셀 하우징(510)을 제1 방향(X1)으로 관통하도록 형성될 수 있다. 광 유도로(520)는 폭이 변경되는 부분은 있을 수 있어도 방향이 변경되지는 않을 수 있다. 즉, 광 유도로(520)는 가스셀 하우징(510)의 내부에서 제1 방향(X1)의 직선 방향으로 연장될 수 있다.
이 때, 제1 방향(X1)의 반대 방향은 제2 방향(X2)이고, 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)과 직교하는 방향을 제3 방향(Y1)으로 정의할 수 있다. 또한, 제4 방향(Y2)은 제3 방향(Y1)의 반대 방향이다. 이에 따라서, 제4 방향(Y2)은 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)과 서로 직교할 수 있다. 제5 방향(Z1)은 제1 방향(X1) 및 제3 방향(Y1)과 모두 직교하는 방향일 수 있다. 당연히, 제5 방향(Z1)은 제2 방향(X2) 및 제4 방향(Y2)과도 모두 직교하는 방향일 수 있다. 제6 방향(Z2)은 제5 방향(Z1)의 반대 방향일 수 있다. 이 때, 제6 방향(Z2)은 제1 방향(X1), 제2 방향(X2), 제3 방향(Y1) 및 제4 방향(Y2)과 직교할 수 있다.
광 유도로(520)는 입사부(521), 플라즈마 반응부(522) 및 방출부(523)를 포함할 수 있다. 입사부(521)는 광 유도로(520) 내부로 입사광(IR)이 입사하는 부분일 수 있다. 입사부(521)는 도면 상에서 가스셀 하우징(510)의 좌측에 위치할 수 있다.
플라즈마 반응부(522)는 입사부(521)로부터 제1 방향(X1)으로 접할 수 있다. 플라즈마 반응부(522)는 입사광(IR)과 플라즈마 반응 가스(G)가 서로 접하는 위치일 수 있다. 플라즈마 반응부(522)에서는 입사광(IR)과 플라즈마 반응 가스가 서로 반응하여 극자외선(EUV)이 생성될 수 있다.
방출부(523)는 광 유도로(520) 내부에서 극자외선이 외부로 방출되는 부분일 수 있다. 방출부(523)는 플라즈마 반응부(522)로부터 제1 방향(X1)으로 접할 수 있다. 따라서, 입사부(521), 플라즈마 반응부(522) 및 방출부(523)가 제1 방향(X1)으로 순차적으로 연결될 수 있다.
캡핑막(530)은 도면에서 가스셀 하우징(510)의 우측에 위치할 수 있다. 캡핑막(530)은 가스셀 하우징(510) 내부의 광 유도로(520)의 방출부(523)에 의한 구멍을 막을 수 있다. 이를 통해서, 플라즈마 반응 가스(G)가 방출부(523)로 누출되는 것을 최소화시킬 수 있다.
캡핑막(530)은 통과홀(531)을 포함할 수 있다. 통과홀(531)은 방출부(523)를 통해서 방출되는 극자외선(EUV)이 통과되는 구멍일 수 있다. 극자외선(EUV)의 광선의 직경은 방출부(523)의 직경보다 더 작을 수 있다. 따라서, 통과홀(531)의 직경도 방출부(523)의 직경보다 더 작을 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 발생 장치에서 광 유도로(520) 및 통과홀(531)의 수평 형상이 원이 아닌 경우에는 통과홀(531)의 제1 방향(X1)과 수평한 단면의 면적이 방출부(523)의 제1 방향(X1)과 수평한 단면의 면적보다 작을 수 있다.
가스 공급로(420)는 가스 공급 모듈(400)에 포함되어 광 유도로(520) 내부에 플라즈마 반응 가스(G)를 공급할 수 있다.
가스 공급 모듈(400)은 가스 서플라이(410) 및 가스 공급로(420)를 포함할 수 있다.
가스 서플라이(410)는 플라즈마 반응 가스(G)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 가스 서플라이(410)는 플라즈마 반응 가스(G)가 저장된 가스 탱크일 수 있다. 이 때, 플라즈마 반응 가스(G)는 상술하였듯이, 비활성 기체일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 반응 가스(G)는 Ne, Ar, Kr 또는 Xe 중 적어도 하나일 수 있다. 가스 서플라이(410)는 가스 공급로(420)와 연결되어 광 유도로(520)로 플라즈마 반응 가스(G)를 공급할 수 있다.
가스 공급로(420)는 가스셀 하우징(510)에 연결될 수 있다. 가스 공급로(420)는 가스셀 하우징(510)의 제1 방향(X1)과 교차하는 방향의 측면에 연결될 수 있다. 이 때, 제1 방향(X1)과 교차하는 방향은 예를 들어 제3 방향(Y1), 제4 방향(Y2), 제5 방향(Z1) 및 제6 방향(Z2) 중 어느 하나일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 방향(X1)과 교차하는 방향 중 어느 하나이면 상관 없다. 도면에서는 편의상 제5 방향(Z1)으로 가스 공급로(420)가 연결된 것으로 도시하였다.
가스 공급로(420)는 광 유도로(520)의 제5 방향(Z1)의 내벽으로 연결될 수 있다. 이 때, 가스 공급로(420)는 제5 방향(Z1) 상에서 방출부(523) 방향 즉, 제1 방향(X1)으로 기울어질 수 있다. 이 때, 광 유도로(520)와 가스 공급로(420) 사이의 각도는 제1 예각(θ1)일 수 있다.
제1 예각(θ1)은 0°보다 크고, 90°보다 작은 범위를 가질 수 있다. 가스 공급로(420)가 제1 예각(θ1)만큼 기울어짐에 따라서, 플라즈마 반응 가스(G)는 제2 방향(X2)으로의 속도 성분을 가지게 된다. 이에 따라서, 가스 공급로(420)를 통해서 유입된 플라즈마 반응 가스(G)는 방출부(523)가 아닌 입사부(521) 쪽으로 이동하게 되고, 입사부(521)를 통해서 제1 가스셀(500)의 외부로 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 입사광(IR)은 광 유도로(520)를 따라 진행하다가, 플라즈마 반응부(522)에서 가스 공급로(420)에 의해서 공급된 플라즈마 반응 가스와 접할 수 있다. 입사광(IR)은 플라즈마 반응 가스(G)와 접하여 플라즈마 반응을 일으켜 극자외선(EUV)으로 변할 수 있다. 다만, 입사광(IR)이 극자외선(EUV)으로 변하는 것은 빛의 파장 및 주파수 등의 특성이 변하는 것이므로 계속해서 제1 방향(X1)으로 진행하는 것은 변하지 않는다.
따라서, 극자외선(EUV)은 계속해서 제1 방향(X1)으로 연장된 광 유도로(520)를 따라서 진행하고, 방출부(523) 및 캡핑막(530)의 통과홀(531)을 통해서 제1 가스셀(500)의 외부로 방출될 수 있다.
광 유도로(520)의 입사부(521)와 방출부(523)는 플라즈마 반응부(522)에 비해서 더 작은 단면 면적을 가질 수 있다. 입사부(521)는 제1 폭(D1)을 가질 수 있고, 플라즈마 반응부(522)는 제2 폭(D2)을 가질 수 있다. 방출부(523)는 제3 폭(D3)을 가질 수 있고, 통과홀(531)은 제4 폭(D4)을 가질 수 있다. 제2 폭(D2)은 제1 폭(D1), 제3 폭(D3) 및 제4 폭(D4)보다 클 수 있고, 제4 폭(D4)은 제3 폭(D3)보다 작을 수 있다. 제4 폭(D4)이 제3 폭(D3)보다 작음으로 인해, 플라즈마 반응 가스(G)가 방출부(523)보다 입사부(521)쪽으로 더 많이 배출될 수 있다.
상기 플라즈마 반응에서는 당연히 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 높을수록 극자외선(EUV)의 생성 효율이 커질 수 있다. 그러나, 이미 극자외선(EUV)이 생성된 이후에는 플라즈마 반응 가스(G)에 생성된 극자외선(EUV)이 흡수되어 소멸될 수 있다. 따라서, 극자외선(EUV)이 이미 생성된 경우에는 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 높을수록 극자외선(EUV)의 재흡수율이 높아짐에 따라서 극자외선(EUV)의 파워가 작아질 수 있다.
따라서, 극자외선(EUV)의 파워를 최대화하기 위해서는 플라즈마 반응 전에는 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 높아야하고, 플라즈마 반응 후에는 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 낮아야 한다.
광 유도로(520)의 제1 영역(R1)은 극자외선(EUV)이 생성되기 전에 입사광(IR)이 진행하는 영역이다. 이에 반해서, 광 유도로(520)의 제2 영역(R2)은 극자외선(EUV)이 생성되고 나서 극자외선(EUV)이 진행하는 영역일 수 있다.
극자외선(EUV)의 파워를 최대화하기 위해서는 제1 영역(R1)의 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 높고, 제2 영역(R2)의 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도가 낮아야 한다. 이를 위해서는 플라즈마 반응 가스(G)의 배출이 방출부(523)가 아닌 입사부(521) 방향으로 이루어져야 한다.
이를 위해서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 가스 공급로(420)가 제1 방향(X1)으로 기울어지게 형성되어 광 유도로(520) 내부에서 플라즈마 반응 가스(G)가 방출부(523)가 아닌 입사부(521)로 배출되도록 할 수 있다.
진공 챔버(10)의 진공도(degree of vacuum)은 제1 가스셀(500)의 진공도보다 클 수 있다. 즉, 진공 챔버(10)의 압력이 제1 가스셀(500)의 압력보다 작을 수 있다. 이에 따라서, 플라즈마 반응 가스(G)는 제1 가스셀(500)의 내부에서 외부로 자연스럽게 배출될 수 있다. 나아가, 가스 공급로(420)의 기울어진 각도에 의해서 방출부(523)가 입사부(521)로 배출될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6의 C 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다. 도 8은 도 7의 D - D'로 자른 단면도이고, 도 9는 도 6의 가스셀 내부의 기류를 시뮬레이션을 통해서 측정한 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 2개의 가스 공급로(420)를 포함하는 제2 가스셀(501)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 가스 공급로(420)는 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)를 포함할 수 있다.
제1 가스 공급로(420a)는 제2 가스 공급로(420b)와 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이 제1 가스 공급로(420a)가 가스셀 하우징(510)의 상면에 배치되는 경우 제2 가스 공급로(420b)는 가스셀 하우징(510)의 하면에 배치될 수 있다. 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니지만, 편의상 도시된 바와 같이 제1 가스 공급로(420a)는 광 유도로(520)의 제5 방향(Z1)의 내벽에 연결되고, 제2 가스 공급로(420b)는 광 유도로(520)의 제6 방향(Z2)의 내벽에 연결되는 것으로 가정한다.
가스 서플라이(410)는 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)에 플라즈마 반응 가스(G)를 공급할 수 있다. 이에 따라서, 광 유도로(520)의 플라즈마 반응부(522)는 제5 방향(Z1) 및 제6 방향(Z2)의 양 방향에서 플라즈마 반응 가스(G)를 공급받을 수 있다.
이 때, 가스 서플라이(410)는 펄스 형태의 주입 방식을 채용할 수 있다. 즉, 가스 서플라이(410)에 의해서 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)는 펄스 형태로 광 유도로(520)에 플라즈마 반응 가스(G)를 공급할 수 있다. 이러한 펄스 형태의 주입은 추후에 설명할 층류(laminar flow)의 형성을 더욱 강화시킬 수 있다.
이 때, 제1 가스 공급로(420a)는 제5 방향(Z1) 상에서 방출부(523) 방향 즉, 제1 방향(X1)으로 기울어질 수 있다. 마찬가지로, 제2 가스 공급로(420b)는 제6 방향(Z2) 상에서 방출부(523) 방향 즉, 제1 방향(X1)으로 기울어질 수 있다.
이 때, 광 유도로(520)와 제1 가스 공급로(420a) 사이의 각도는 제1 예각(θ1)일 수 있다. 마찬가지로, 광 유도로(520)와 제2 가스 공급로(420b) 사이의 각도는 제1 예각(θ1)일 수 있다. 즉, 2개의 가스 공급로(420)가 서로 같은 제1 예각(θ1)으로 기울어짐에 따라서, 공급되는 플라즈마 반응 가스(G)는 서로 대칭되는 속도 성분이 상쇄될 수 있다.
구체적으로, 제1 가스 공급로(420a)에 의해서 공급되는 플라즈마 반응 가스(G)의 제6 방향(Z2)의 속도 성분과 제2 가스 공급로(420b)에 의해서 공급되는 플라즈마 반응 가스(G)의 제5 방향(Z1)의 속도 성분이 서로 상쇄되어 제2 방향(X2)의 속도 성분만이 남아 층류(laminar flow) 또는 제트 기류(jet stream)를 형성할 수 있다. 이러한 층류는 난류(turbulent flow)와는 달리 규칙적인 흐름을 가지므로 플라즈마 반응 후의 플라즈마 반응 가스(G)가 제2 방향(X2)의 입사부(521)로 배출되는 것을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치의 제2 가스셀(501)은 층류의 형성을 강화하기 위해서 광 유도로(520)의 내부 및 가스 공급로(420)의 연결부위가 유선형으로 형성될 수도 있다. 즉, 광 유도로(520)의 입사부(521)와 플라즈마 반응부(522) 사이의 단차, 플라즈마 반응부(522)와 방출부(523) 사이의 단차 및 가스 공급로(420)와 플라즈마 반응부(522) 사이의 단차가 라운딩 처리되어 기류의 흐름을 방해하지 않도록 형성될 수도 있다. 이를 통해서, 상술한 층류의 형성을 더욱 강화시킬 수 있다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 제1 방향(X1)의 위치를 X축으로 하고, 기류의 속도(V)를 Y축으로 한 그래프이다. 여기서, X1=0의 값을 가지는 곳은 도 5에서 정의된 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)이 접하는 위치를 의미할 수 있다. 즉, 입사광(IR)이 극자외선(EUV)으로 변환되는 영역이 X1=0인 곳이다.
도 9에서 확인할 수 있듯이, 층류 형성을 통해서 플라즈마 반응 가스(G)는 입사광(IR)이 진행하는 제1 영역(R1)에서는 높은 속도를 나타내지만, 극자외선(EUV)이 진행하는 제2 영역(R2)에서는 매우 낮은 속도를 보여준다.
즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 가스 공급로(420)를 기울여 층류를 형성하는 것을 통해서, 생성되는 극자외선(EUV)의 재흡수를 최소화하여 극자외선(EUV)의 파워를 최대화할 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 11은 도 10의 E 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다. 도 12는 도 11의 F - F'로 자른 단면도이고, 도 13은 도 10의 가스 공급로의 기울어진 방향을 설명하기 위한 벡터를 표시한 도면이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 2개의 가스 공급로(420)가 소용돌이 형상으로 연장되는 제3 가스셀(502)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 가스 공급로(420a)와 제2 가스 공급로(420b)는 광 유도로(520)에 대해서 서로 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X1)(또는 제2 방향(X2))과 제5 방향(Z1)(또는 제6 방향(Z2))에 의해서 정의되는 평면 상에서(도 12) 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)는 제1 방향(X1)의 광 유도로(520)에 대해서 각각 제5 방향(Z1) 및 제6 방향(Z2)으로 제1 예각(θ1)만큼 기울어질 수 있다.
또한, 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)는 제3 방향(Y1)(또는 제4 방향(Y2))과 제5 방향(Z1)(또는 제6 방향(Z2))에 의해서 정의되는 평면 상에서(도 11) 제3 방향(Y1)(또는 제4 방향(Y2))의 축에 대해서 제2 예각(θ2)만큼 서로 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 구체적으로, 제1 가스 공급로(420a)는 제3 방향(Y1)으로 기울어지고, 제2 가스 공급로(420b)는 제4 방향(Y2)으로 기울어질 수 있다.
즉, 도 13에서 광 유도로(520)가 제1 방향(X1)(또는 제2 방향(X2))으로 연장되었다고 할 때, 제1 가스 공급로(420a)는 제1 벡터(V1)로 표시할 수 있다. 제1 벡터(V1)는 제1 방향(X1) 및 제5 방향(Z1)에 의해서 정의된 평면(X1Z1 평면)에서는 제1 방향(X1)의 X1 축에 대해서 제1 예각(θ1)만큼 기울어지고, 이는 정사영된 제2 벡터(V2)를 통해서 확인할 수 있다.
마찬가지로, 제1 벡터(V1)는 제3 방향(Y1) 및 제5 방향(Z1)에 의해서 정의된 평면(Y1Z1 평면)에서는 제3 방향(Y1)의 Y1 축에 대해서 제2 예각(θ2)만큼 기울어지고, 이는 정사영된 제3 벡터(V3)를 통해서 확인할 수 있다.
이렇게 제1 가스 공급로(420a)와 제2 가스 공급로(420b)가 대칭적으로 제3 방향(Y1) 및 제4 방향(Y2)으로도 기울어지는 경우에는 상술한 층류가 더욱 강화될 수 있다. 이는 제3 방향(Y1) 및 제4 방향(Y2)의 성분이 상쇄되면서 제2 방향(X2)의 속도 성분만이 남고, 난류가 형성되는 여지가 감소되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 극자외선(EUV)의 생성 이후에 플라즈마 반응 가스(G)의 밀도를 더욱 낮추어서 극자외선(EUV)의 파워 감소를 최소화시킬 수 있다.
이하, 도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 15는 도 14의 G 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 장치는 4개의 가스 공급로를 포함하는 제4 가스셀(503)을 포함할 수 있다.
제4 가스셀(503)은 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)뿐만 아니라, 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)를 더 포함할 수 있다.
제3 가스 공급로(420c)는 제4 가스 공급로(420d)와 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 14 및 도 15와 같이 제3 가스 공급로(420c)가 가스셀 하우징(510)의 제4 방향(Y2)의 측면에 배치되는 경우 제4 가스 공급로(420d)는 가스셀 하우징(510)의 제3 방향(Y1)의 측면에 배치될 수 있다. 단, 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)가 배치되는 위치가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 제3 방향(Y1) 및 제4 방향(Y2)이 아니라도, 제1 방향(X1)과 직교하고, 서로 반대되는 방향으로 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)가 각각 배치될 수 있다. 이러한 경우에는 제3 방향(Y1)(또는 제4 방향(Y2)) 및 제5 방향(Z1)(또는 제6 방향(Z2))에 의해서 정의된 평면에서, 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)가 배치된 방향은 제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)가 배치된 방향과 직교하지 않을 수도 있다
본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니지만, 편의상 도시된 바와 같이 제3 가스 공급로(420c)는 광 유도로(520)의 제4 방향(Y2)의 내벽에 연결되고, 제4 가스 공급로(420d)는 광 유도로(520)의 제3 방향(Y1)의 내벽에 연결되는 것으로 가정한다.
본 실시예에 따른 극자외선 발생 장치의 제4 가스셀(503)은 더 많은 가스 공급로가 대칭적으로 배치됨에 따라서, 층류의 형성이 더욱 강화될 수 있다. 이에 따라서, 생성된 극자외선(EUV)의 파워가 재흡수가 감소됨에 따라서 더욱 커질 수 있다.
상술한 설명에서 가스 공급로가 복수인 경우 중 2개 혹은 4개인 경우를 설명하였지만, 대칭적으로 배치된다면 본 발명의 몇몇 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치의 가스셀은 서로 대칭적으로 배치된다면 8개, 16개 등의 더 많은 개수의 가스 공급로를 포함할 수도 있다.
여기서, 가스 공급로의 개수는 2n개일 필요도 없고, 짝수일 필요도 없다. 즉, 3개, 5개 및 7개인 경우라도 서로 대칭적으로 배치되는 경우라면 얼마든지 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치에 적용될 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 13, 도 16 및 도 17을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 17은 도 16의 H 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이다.
도 10 내지 도 13, 도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 4개의 가스 공급로가 소용돌이 형상으로 연장되는 제5 가스셀(504)을 포함할 수 있다.
제1 가스 공급로(420a) 및 제2 가스 공급로(420b)에 대한 설명은 도 10 내지 도 13의 경우와 동일할 수 있다.
추가적으로, 제3 가스 공급로(420c)와 제4 가스 공급로(420d)는 광 유도로(520)에 대해서 서로 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X1)(또는 제2 방향(X2))과 제5 방향(Z1)(또는 제6 방향(Z2))에 의해서 정의되는 평면 상에서 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)는 제1 방향(X1)의 광 유도로(520)에 대해서 각각 제5 방향(Z1) 및 제6 방향(Z2)으로 제1 예각(θ1)만큼 기울어질 수 있다.
또한, 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)는 제3 방향(Y1)(또는 제4 방향(Y2))과 제5 방향(Z1)(또는 제6 방향(Z2))에 의해서 정의되는 평면 상에서(도 17) 제3 방향(Y1)(또는 제4 방향(Y2))의 축에 대해서 제3 예각(θ3)만큼 서로 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 구체적으로, 제3 가스 공급로(420c)는 제5 방향(Z1)으로 기울어지고, 제4 가스 공급로(420d)는 제6 방향(Z2)으로 기울어질 수 있다.
상기 제3 예각(θ3)은 제2 예각(θ2)과 동일한 크기의 각도일 수도 있지만, 다른 크기의 각도일 수 있다. 즉, 제3 예각(θ3)의 크기는 제한되지 않는다.
도 17에서는 본 실시예의 제1 가스 공급로(420a), 제2 가스 공급로(420b), 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)는 모두 시계 반대 방향으로 기울어지도록 도시되었으나, 이제 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치에서 제1 가스 공급로(420a), 제2 가스 공급로(420b), 제3 가스 공급로(420c) 및 제4 가스 공급로(420d)는 모두 시계 방향으로 기울어지도록 도시될 수도 있다.
이하, 도 18 내지 도 21을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치를 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 생성 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 19는 도 18의 가스셀을 세부적으로 설명하기 위한 사시도이다. 도 20은 도 19의 I 방향에서 바라본 가스셀의 측면도이고, 도 21은 도 20의 J - J'로 자른 단면도이다.
도 18 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 극자외선 생성 장치는 드라이 펌프(30), 배기부(31), 펌프홀(14) 및 배기부(31)와 연결되는 제6 가스셀(505)을 포함한다.
드라이 펌프(30)는 진공 챔버(10) 외부에 위치할 수 있다. 드라이 펌프(30)는 펌프홀(14)을 통해서 배기부(31)와 연결될 수 있다. 드라이 펌프(30)는 제6 가스셀(505) 내부의 기체를 빨아들일 수 있다. 즉, 제6 가스셀(505) 내부의 플라즈마 반응 가스(G)는 드라이 펌프(30)에 의해서 제6 가스셀(505)의 외부로 배출될 수 있다.
배기부(31)는 드라이 펌프(30)와 제6 가스셀(505)을 연결하는 부분일 수 있다. 배기부(31)는 제6 가스셀(505) 내부의 플라즈마 반응 가스(G)가 배기되는 통로일 수 있다. 배기부(31)는 펌프홀(14)을 통해서 진공 챔버(10)의 외부로 연결될 수 있다.
펌프홀(14)은 진공 챔버(10)의 외벽(11)에 형성되어 배기부(31)가 드라이 펌프(30)와 연결되게 할 수 있다.
제6 가스셀(505)은 배기부(31)를 통해서 플라즈마 반응 가스(G)를 배출할 수 있다. 이 때, 배기부(31)는 가스 공급로(420)에 비해서 제2 방향(X2)으로 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라서, 가스 공급로(420)에 의해서 형성된 기류가 배출되는 통로가 될 수 있다.
물론, 진공 챔버(10)의 내부의 압력은 제6 가스셀(505)의 내부의 압력에 비해서 낮을 수 있다. 이에 따라서, 입사부(521)로도 플라즈마 반응 가스(G)가 배출될 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응 가스(G)의 일부는 배기부(31)를 통해서 진공 챔버(10) 외부로 배출되고, 플라즈마 반응 가스(G)의 나머지 일부는 입사부(521)를 통해서 진공 챔버(10)로 배출된 뒤, 배기 장치(20)에 의해서 진공 챔버(10)의 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예는 제6 가스셀(505) 내부의 플라즈마 반응 가스(G)의 배출을 더욱 강화하여 극자외선(EUV)의 파워를 더욱 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
420: 가스 공급로
500, 501, 502, 503, 504, 505, 506: 가스셀
510: 가스셀 하우징
520: 광 유도로
530: 캡핑막

Claims (10)

  1. 제1 방향으로 연장되는 가스셀 하우징;
    상기 가스셀 하우징을 제1 방향으로 관통하는 광 유도로로서, 상기 광 유도로는,
    입사광이 입사되는 입사부와,
    상기 입사부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 입사광과 플라즈마 반응 가스가 접하여 극자외선(EUV; Extreme Ultra Violet)이 생성되는 플라즈마 반응부와,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 제1 방향으로 접하고, 상기 극자외선이 상기 제1 방향으로 방출되는 방출부를 포함하는 광 유도로; 및
    상기 가스셀 하우징의 측면에서 상기 플라즈마 반응부에 연결되어 상기 플라즈마 반응부에 상기 플라즈마 반응 가스를 공급하고, 상기 광 유도로와 예각으로 기울어진 가스 주입로를 포함하는 극자외선 생성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스셀 하우징은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제1 측면과,
    상기 제2 방향과 반대되는 제3 방향의 제2 측면을 포함하고,
    상기 가스 주입로는 상기 제1 측면에서 연장되는 제1 가스 주입로와, 상기 제2 측면에서 연장되는 제2 가스 주입로를 포함하는 극자외선 생성 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가스셀 하우징은 상기 제1 방향과 직교하고, 상기 제2 방향과 교차하는 제4 방향의 제3 측면과,
    상기 제4 방향과 반대되는 제5 방향의 제4 측면을 포함하고,
    상기 가스 주입로는 상기 제3 측면에서 연장되는 제3 가스 주입로와, 상기 제4 측면에서 연장되는 제4 가스 주입로를 포함하는 극자외선 생성 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 가스 주입로는 상기 제1 및 제2 방향과 직교하는 제6 방향으로 기울어지고,
    상기 제2 가스 주입로는 상기 제6 방향과 반대되는 제7 방향으로 기울어지는 극자외선 생성 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 가스 주입로는 상기 방출부 방향으로 기울어진 극자외선 생성 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가스셀 하우징이 포함되는 진공 챔버를 더 포함하는 극자외선 생성 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 가스셀 하우징 내부의 압력은 상기 가스셀 하우징 외부의 압력보다 높은 극자외선 생성 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응 가스는 상기 입사부를 통해서 상기 가스셀 하우징 내부에서 외부로 배출되는 극자외선 생성 장치.
  9. IR 레이저 펄스를 방출하는 광원; 및
    상기 IR 레이저 펄스가 플라즈마 반응 가스와 접하여 극자외선을 생성하는 가스셀을 포함하고,
    상기 가스셀은,
    상기 IR 레이저 펄스가 통과하는 광 유도로와,
    상기 광 유도로와 제1 예각만큼 기울어지게 연결되고, 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 공급로를 포함하는 극자외선 생성 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 IR 레이저 펄스는 제1 방향으로 진행하고,
    상기 플라즈마 반응 가스는 상기 가스셀 내부에서 상기 IR 레이저 펄스와 반대 방향으로 배출되는 극자외선 생성 장치.
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