KR20190125467A - 가스를 전달하는 장치 및 고조파 방사선을 발생시키는 조명 소스 - Google Patents

가스를 전달하는 장치 및 고조파 방사선을 발생시키는 조명 소스 Download PDF

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Abstract

검사 장치용 측정 방사선을 발생시키는 데 사용될 수 있는 고조파 생성(HHG) 방사선 소스에 적절한 가스 전달 시스템이 개시된다. 이러한 방사선 소스에서, 가스 전달 요소는 제 1 방향으로 가스를 전달한다. 가스 전달 요소는 제 2 방향으로 진행하는 광학 경로를 정의하는 광학 입력부 및 광학 출력부를 갖는다. 제 1 방향은 평행 또는 수직이 아닌 각도로 제 2 방향에 대해 배치된다. 또한, 가스 제트 성형 디바이스를 갖는 가스 전달 요소 또는 한 쌍의 가스 전달 요소들 -이들 중 하나는 제 2 가스를 전달함- 이 개시되고, 가스 제트 성형 디바이스 또는 제 2 가스는 가스의 개수 밀도가 급격하게 떨어지도록 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능하다.

Description

가스를 전달하는 장치 및 고조파 방사선을 발생시키는 조명 소스
본 출원은 2017년 3월 15일에 출원된 EP 출원 17160996.9, 2017년 6월 13일에 출원된 EP 출원 17175640.6 및 2017년 9월 4일에 출원된 EP 출원 17189172.4의 우선권을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 가스 전달 장치에 관한 것으로, 특히 조명 또는 방사선 시스템에서의 사용을 위한 가스 전달 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. 특정 패턴 및 재료 조성을 각각 갖는 다수 층들이 적용되어, 완성된 제품의 기능 디바이스들 및 상호연결들을 정의한다.
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성을 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다.
알려진 스케터로미터들의 예시들은 흔히 지정된(dedicated) 메트롤로지 타겟들의 제공에 의존한다. 예를 들어, 방법은 측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 발생시키도록 충분히 큰[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨], 단순한 격자 형태의 타겟을 필요로 할 수 있다. 소위 재구성 방법들에서, 타겟 구조체의 수학적 모델과 산란 방사선의 상호작용을 시뮬레이션함으로써 격자의 속성들이 계산될 수 있다. 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰되는 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 모델의 파라미터들이 조정된다.
재구성에 의한 피처 형상들의 측정에 추가하여, 회절-기반 오버레이가 공개된 특허 출원 US2006066855A1에 설명된 바와 같이 이러한 장치를 이용하여 측정될 수 있다. 회절 차수들의 다크-필드 이미징(dark-field imaging)을 이용한 회절-기반 오버레이 메트롤로지는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체(product structure)들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다크 필드 이미징 메트롤로지의 예시들은, 예를 들어 US2011102753A1 및 US20120044470A와 같은 다수의 공개된 특허 출원들에서 찾아볼 수 있다. 다수 격자들이 복합(composite) 격자 타겟을 이용하여 하나의 이미지에서 측정될 수 있다. 알려진 스케터로미터들은 가시광 또는 근적외선(near-IR) 파장 범위 내의 광을 사용하는 경향이 있고, 이는 격자의 피치가 실제로 관심이 있는 속성들을 갖는 실제 제품 구조체들보다 훨씬 더 거칠(coarse) 것을 요구한다. 이러한 제품 피처들은 훨씬 더 짧은 파장들을 갖는 심자외(DUV) 또는 극자외(EUV) 방사선을 이용하여 정의될 수 있다. 불행하게도, 이러한 파장들은 메트롤로지에 사용가능하거나 통상적으로 이용가능하지 않다.
다른 한편으로는, 현대 제품 구조체들의 치수들은 너무 작아서 광학 메트롤로지 기술들에 의해 이미징될 수 없다. 작은 피처들은, 예를 들어 다중 패터닝 공정들 및/또는 피치-증대(pitch-multiplication)에 의해 형성되는 것들을 포함한다. 이에 따라, 고용량 메트롤로지를 위해 사용되는 타겟들은 흔히 오버레이 오차들 또는 임계 치수들이 관심 속성인 제품들보다 훨씬 더 큰 피처들을 사용한다. 측정 결과들은 실제 제품 구조체들의 치수들과 간접적으로만 관련되고, 메트롤로지 타겟이 리소그래피 장치에서의 광학 투영 및/또는 제조 공정의 다른 단계들에서의 상이한 처리 중에 동일한 왜곡들을 격지 않기 때문에 정확하지 않을 수 있다. 스캐닝 전자 현미경(SEM)이 이 현대 제품 구조체들을 직접 분석할 수 있지만, SEM은 광학 측정들보다 훨씬 더 시간 소모적이다. 또한, 전자들이 두꺼운 공정 층들을 관통할 수 없고, 이로 인해 메트롤로지 적용들에 덜 적절하게 된다. 접촉 패드(contact pad)들을 이용하여 전기적 속성들을 측정하는 바와 같은 다른 기술들도 알려져 있지만, 이는 실제 제품 구조체의 간접적인 증거만을 제공한다.
메트롤로지 동안 사용되는 방사선의 파장을 감소시킴으로써[즉, "연질 X-선(soft X-ray)" 파장 스펙트럼을 향해 이동시킴으로써], 더 작은 구조체들을 분해하여 구조체들의 구조적 변동들에 대한 민감도를 증가시키고, 및/또는 제품 구조체들로 더 침투시키는 것이 가능하다. 고주파 방사선(예를 들어, 연질 X-선 및/또는 EUV 방사선)을 적절히 발생시키는 이러한 한가지 방법은 고조파 생성(high harmonic generation: HHG) 방사선 소스를 이용하는 것이다. 이러한 HHG 방사선 소스는 레이저 방사선(예를 들어, 적외 방사선)을 사용하여 HHG 생성 매질을 여기시키고, 이로 인해 고주파 방사선을 포함한 고조파(high harmonics)를 발생시킨다.
생성된 고주파 방사선의 한가지 문제점은 이것이 그 경로에 존재하는 여하한의 입자들에 의해 흡수된다는 것이다. 이는 HHG 방사선 소스가 거의 진공 상태로 유지될 것을 요구한다. HHG 생성 매질은 전형적으로 가스이기 때문에, 생성 매질은 생성된 방사선을 흡수하지 않도록 신중하게 제어되어야 한다.
HHG 방사선 소스의 또 다른 문제점은 생성된 방사선의 안정적인 출력을 유지하는 것이다. HHG 생성 매질의 공급에서의 여하한의 변동이 방사선 출력의 시간적 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템이 제공되고, 가스 전달 요소는:
광학 입력부; 및
광학 출력부를 포함하며,
상기 입력부 및 출력부는 광학 경로를 정의하고, 광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정(orient)되며,
제 2 방향은 제 1 방향과 비-수직 및 비-평행이다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템이 제공되고, 가스 전달 요소는: 광학 경로를 함께 정의하는 광학 입력부 및 광학 출력부 -광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정됨- ; 및 펌프 방사선이 상기 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 이후에 광학 출력부의 방향으로 가스의 개수 밀도(number density)가 급격히 떨어지도록 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 제트 성형 디바이스(gas jet shaping device)를 포함한다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 고조파 방사선을 발생시키기 위한 조명 소스가 제공되며, 이는:
펌프 방사선을 방출하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및
방출된 펌프 방사선을 수용하고 상기 고조파 방사선을 발생시키도록 작동가능한 앞서 설명된 바와 같은 가스 전달 시스템을 포함한다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 검사 장치가 제공되고, 이는:
고조파 방사선을 발생시키는 앞서 설명된 바와 같은 조명 소스; 및
타겟 구조체에 의해 산란되는 고조파 방사선을 수용하는 감지 요소를 포함한다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 패턴을 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템 및 기판 상으로 패턴의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치가 제공되고,
리소그래피 장치는 앞서 설명된 바와 같은 조명 소스를 포함한다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 패턴을 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템 및 기판 상으로 패턴의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함한 리소그래피 장치; 및
앞서 설명된 바와 같은 검사 장치를 포함하는 리소그래피 시스템이 제공되고,
리소그래피 장치는 추가 기판들에 패턴을 적용함에 있어서 검사 장치에 의해 계산되는 1 이상의 파라미터를 사용하도록 배치된다.
본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 적어도 제 1 가스의 개수 밀도 프로파일이 제 2 가스에 의해 변경되는 방식으로 제 1 가스를 방출하도록 작동가능한 제 1 가스 전달 요소 및 제 2 가스를 방출하도록 작동가능한 제 2 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 전달 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 7 실시형태에 따르면, 고조파 방사선을 발생시키기 위한 조명 소스가 제공되고, 이는: 상기 고조파 방사선을 발생시키기 위해 고조파 생성 가스 매질에 펌프 방사선을 방출하여 펌프 방사선 상호작용 구역 내에서 상기 고조파 생성 가스 매질을 여기시키도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및 고조파 생성 가스 매질에 이온화 방사선을 방출하여 펌프 방사선 상호작용 구역과 조명 소스의 광학 출력부 사이의 이온화 구역에서 상기 가스를 이온화하도록 작동가능한 이온화 방사선 소스를 포함한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시형태들, 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 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3a 및 도 3b는 알려진 다크-필드 이미징 검사 방법들을 수행하도록 구성되는 검사 장치를 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 순응가능한 HHG 소스를 이용하는 메트롤로지 장치를 개략적으로 예시하는 도면;
도 5는 HHG 소스에서 사용가능한 HHG 가스 셀(gas cell)의 디테일을 개략적으로 나타내는 도면;
도 6은 HHG 가스 셀에서 사용가능한 제 1 예시적 가스 전달 요소를 나타내는 도면;
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 가스 전달 요소의 원리를 예시하는 도면;
도 8은 본 발명에 따른 제 2 예시적 가스 전달 요소를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HHG 방사선 소스를 나타내는 도면;
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 구성요소를 나타내는 도면;
도 11a 및 도 11b는 가스 제트 성형 디바이스를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 전달 요소를 나타내는 도면;
도 12는 도 11의 가스 전달 요소 및 가스 제트 성형 디바이스가 없는 가스 전달 요소의 광학 경로를 따른 거리에 대한 방출된 가스의 개수 밀도의 플롯;
도 13a 내지 도 13d는 재흡수를 완화하기 위해 플라즈마를 이용하는 연질 X-선 측정 방사선을 발생시키는 방법의 4 개의 단계들을 개략적으로 나타내는 도면;
도 14는 도 13에 나타낸 방법을 수행하는 구성을 나타내는 도면;
도 15a 내지 도 15c는 재흡수를 완화하기 위해 플라즈마를 이용하는 연질 X-선 측정 방사선을 발생시키는 대안적인 방법의 3 개의 단계들을 개략적으로 나타내는 도면; 및
도 16은 (a) 발생된 측정 방사선의 재흡수를 완화시키는 또 다른 구성; 및 (b) 도 16a의 구성의 동작 원리를 예시하는, 펌프 방사선 전파 방향(x)에 대한 가스 밀도의 플롯을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 각각 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 각각 연결되는 2 개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 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 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(reference frame: RF)이 다양한 구성요소들을 연결하며, 패터닝 디바이스 및 기판 및 이들 상의 피처들의 위치들을 설정하고 측정하는 기준의 역할을 한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "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, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 패터닝 디바이스를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 또한, "패터닝 디바이스"라는 용어는 이러한 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 제어하는 데 사용하는 패턴 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 언급하는 것으로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다.
작동 시, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는, 예를 들어 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD), 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)를 포함할 수 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)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 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 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. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 1보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마크가 포함될 수도 있으며, 이 경우 마크들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마크들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.
도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(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. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다. 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 타입들의 리소그래피 장치 및 작동 모드들이 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크없는(maskless)" 리소그래피에서는, 프로그램가능한 패터닝 디바이스가 정지된 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 가지며, 기판 테이블(WT)은 이동되거나 스캐닝된다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa, WTb) 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)될 수 있고, 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 높이 윤곽들을 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 기준 프레임(RF)에 대해 두 스테이션들에서 기판 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 구성들이 알려져 있고, 나타낸 듀얼-스테이지 구성 대신에 이용가능하다. 예를 들어, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치들이 알려져 있다. 이들은 준비작업 측정들을 수행하는 경우에 함께 도킹(dock)되고, 그 후 기판 테이블이 노광을 거치는 동안에 도킹해제(undock)된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 또한, 감독 제어 시스템은 리소그래피 공정의 품질 및 일관성을 보장하고 여하한의 필요한 보정들을 결정하기 위해 기판(W)들에 대한 측정들을 수행하는 데 사용되는 1 이상의 검사 장치(MET)를 제어할 수 있다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다. 그 후, 트랙에 의해 처리된 기판들은 에칭 및 디바이스 제조 공정 내의 다른 화학적 또는 물리적 처리들을 위해 다른 처리 툴들로 이송된다.
리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 설명되는 다양한 액추에이터들 및 센서들의 모든 이동들 및 측정들을 제어한다. 또한, LACU는 장치의 작동과 관련된 바람직한 계산들을 구현하도록 신호 처리 및 데이터 처리 능력을 포함한다. 도입부 및 청구항들의 전문용어에서, 이 처리 및 제어 기능들의 조합은 단순히 "제어기"라고 칭해졌다. 실제로, 제어 유닛(LACU)은 장치 내의 서브시스템 또는 구성요소의 실시간 데이터 획득, 처리 및 제어를 각각 취급하는 많은 서브-유닛들의 시스템으로서 실현될 것이다. 예를 들어, 하나의 처리 서브시스템이 기판 위치설정기(PW)의 서보 제어(servo control)에 지정될 수 있다. 별도의 유닛들이 개략 및 미세 액추에이터들 또는 상이한 축선들을 다룰 수도 있다. 또 다른 유닛은 위치 센서(IF)의 판독에 지정될 수 있다. 장치의 전체 제어는 이 서브-시스템들의 처리 유닛들과, 조작자들과, 및 리소그래피 제조 공정에 관련된 다른 장치들과 통신하는 중앙 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.
도 3a는 소위 다크 필드 이미징 메트롤로지를 구현하는 검사 장치(MET)의 핵심 요소들을 개략적으로 나타낸다. 상기 장치는 독립형 디바이스(stand-alone device)이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 상기 장치에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 도 3b에는 타겟 격자 구조체(T) 및 회절 광선들이 더 상세히 예시된다.
도입부에 인용된 선출원들에서 설명된 바와 같이, 도 3a의 다크-필드-이미징 장치는 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)에 추가하여, 또는 이 대신에 사용될 수 있는 다목적 각도-분해 스케터로미터(multi-purpose angle-resolved scatterometer)의 일부일 수 있다. 이 타입의 검사 장치에서, 방사선 소스(11)(본 명세서에서는, HHG 방사선 소스)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 컨디셔닝된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 시준 렌즈 시스템(collimating lens system), 컬러 필터(color filter), 편광기(polarizer) 및 어퍼처 디바이스(aperture device)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝된 방사선은 조명 경로를 따르고, 이는 부분 반사면(partially reflecting surface: 15)에 의해 반사되고, 현미경 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)으로 포커스된다. 메트롤로지 타겟(T)이 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 렌즈(16)는 높은 개구수(NA), 바람직하게는 적어도 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 0.95를 갖는다. 필요에 따라, 1이 넘는 개구수를 얻기 위해 침지 유체가 사용될 수 있다. 다목적 스케터로미터는 2 이상의 측정 브랜치들을 가질 수 있다. 추가적으로, 예를 들어 세기 정규화, 포착 타겟들의 개략 이미징, 포커싱 등을 위한 기준 방사선을 수집하기 위해, 또 다른 광학 시스템들 및 브랜치들이 실제 장치에 포함될 것이다. 이들의 세부내용들은 앞서 언급된 이전 공개공보들에서 찾아볼 수 있다. 본 발명의 목적을 위해서는, 다크-필드 이미징 메트롤로지에 대한 관심 측정 브랜치만이 예시되고 상세히 설명된다.
다크-필드 이미징을 위한 수집 경로에서, 이미징 광학 시스템(21)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 어퍼처 스톱(aperture stop: 20)이 수집 경로에서 평면(P')에 제공된다. 평면(P')은 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면(P")에 대해 켤레인 평면이다. 또한, 어퍼처 스톱(20)은 퓨필 스톱이라고 할 수 있다. 조명 어퍼처가 상이한 형태들을 취할 수 있는 것처럼, 어퍼처 스톱(20)은 상이한 형태들을 취할 수 있다. 어퍼처 스톱(20)은 렌즈(16)의 유효 어퍼처와 조합하여, 산란 방사선의 어떤 부분이 센서(23) 상에 이미지를 생성하는 데 사용되는지를 결정한다. 통상적으로, 어퍼처 스톱(20)은 0차 회절 빔을 차단하도록 기능하여, 센서(23) 상에 형성되는 타겟의 이미지가 1차 빔(들)으로부터만 형성되도록 한다. 이미지를 형성하기 위해 1차 빔들이 조합되는 예시에서, 이는 다크-필드 현미경법과 균등한, 소위 다크 필드 이미지일 것이다. 하지만, 본 출원에서는, 아래에서 설명되는 바와 같이 한 번에 1차들 중 하나만이 이미징된다. 센서(23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(40)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되고 있는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 발명을 위해서는, 타겟 구조체의 비대칭 측정들이 수행된다. 비대칭 측정들이 타겟 구조체들의 정보와 조합되어, 이들을 형성하는 데 사용된 리소그래피 공정의 성능 파라미터들의 측정들을 얻을 수 있다. 이 방식으로 측정될 수 있는 성능 파라미터들은, 예를 들어 오버레이, 포커스 및 도즈를 포함한다.
메트롤로지 타겟(T)이 기판(W) 상에 제공되는 경우, 이는 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 1-D 격자일 수 있다. 타겟은 현상 이후에 격자가 레지스트에서 솔리드 레지스트 필라(pillar)들 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 2-D 격자일 수 있다. 대안적으로, 바아, 필라 또는 비아는 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 격자들 각각은 검사 장치를 이용하여 속성들이 조사될 수 있는 타겟 구조체의 일 예시이다.
조명 시스템(12)의 다양한 구성요소들은 동일한 장치 내에서 상이한 메트롤로지 '레시피들(recipes)'을 구현하도록 조정가능할 수 있다. 특정한 특성들로서 파장(색) 및 편광을 선택하는 것에 추가하여, 조명 시스템(12)은 상이한 조명 프로파일들을 구현하도록 조정될 수 있다. 평면(P")이 검출기(23)의 평면 및 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면(P')과 켤레이기 때문에, 평면(P") 내의 조명 프로파일이 스폿(S)으로 기판(W) 상에 입사하는 광의 각도 분포를 정의한다. 상이한 조명 프로파일들을 구현하기 위해, 어퍼처 디바이스가 조명 경로 내에 제공될 수 있다. 어퍼처 디바이스는 이동가능한 슬라이드 또는 휠에 장착되는 상이한 어퍼처들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 프로그램가능한 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 또 다른 대안예로서, 광섬유들이 평면(P") 내의 상이한 위치들에 배치되고, 그 각각의 위치들에서 광을 전달하거나 광을 전달하지 않도록 선택적으로 사용될 수 있다. 이 변형예들은 모두 앞서 인용된 문서들에서 논의되고 예시된다.
제 1 예시적인 조명 모드에서, 입사각이 'I'로 나타낸 바와 같도록 광선들(30a)이 제공되고, 타겟(T)에 의해 반사된 0차 광선의 경로는 '0'으로 표시된다(광학 축선 'O'과 혼동하지 않아야 함). 제 2 조명 모드에서는, 광선들(30b)이 제공될 수 있고, 이 경우 입사각 및 반사각은 바뀔 것이다. 이 조명 모드들은 둘 다 오프-액시스(off-axis) 조명 모드들로 인식될 것이다. 많은 상이한 조명 모드들이 상이한 목적으로 구현될 수 있다.
도 3b에 더 상세히 나타낸 바와 같이, 타겟 구조체의 일 예시로서 타겟 격자(T)가 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 오프-액시스 조명 프로파일의 경우, 축선(O)을 벗어난 각도로부터 격자(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링(overfill)되는 작은 타겟 격자를 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟 격자(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 조명 광선들(30a)의 빔이 (유용한 양의 광을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다.
또한, 도 3a를 참조하면, 광선들(30a)로의 제 1 조명 모드 하에서, 타겟 격자로부터의 +1차 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어가고 센서(23)에 기록되는 이미지에 기여할 것이다. 제 2 조명 모드가 사용되는 경우, 광선들(30b)은 광선들(30b)에 반대인 각도로 입사되고, 이에 따라 -1차 회절 광선들이 대물렌즈에 들어가고 이미지에 기여한다. 오프-액시스 조명을 사용하는 경우에 어퍼처 스톱(20)은 0차 방사선을 차단한다. 이전 공개공보들에서 설명된 바와 같이, 조명 모드들은 X 및 Y 방향들에서 오프-액시스 조명으로 정의될 수 있다.
이 상이한 조명 모드들 하에서의 타겟 격자의 이미지들을 비교함으로써, 비대칭 측정들이 얻어질 수 있다. 대안적으로, 비대칭 측정들은 동일한 조명 모드를 유지하지만 타겟을 회전시킴으로써 얻어질 수 있다. 오프-액시스 조명이 도시되지만, 대신에 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용될 수 있고, 수정된 오프-액시스 어퍼처(20)가 실질적으로 단 하나의 1차 회절 광을 센서로 통과시키는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예시에서, +1차 및 -1차를 센서(23) 상의 상이한 위치들로 향하게 하는 효과를 갖는 프리즘이 어퍼처 스톱(20) 대신에 사용되어, 이들이 2 개의 순차적인 이미지 포착 단계들의 필요없이 검출되고 비교되도록 할 수 있다. 이 기술은 앞서 언급된 공개된 특허 출원 US2011102753A1에 개시되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 인용참조된다. 1차 빔들에 추가하여, 또는 이 대신에, 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다. 또 다른 변형예로서, 오프-액시스 조명 모드는 일정하게 유지될 수 있는 한편, 반대 회절 차수들을 사용하여 이미지들을 포착하기 위해 타겟 자체가 대물 렌즈(16) 아래에서 180 도 회전된다.
앞선 기술들은 통상적으로 가시 파장을 갖는 방사선을 사용하여 수행된다. 이러한 것으로서, 스케터로메트리 타겟들은 기판 상의 제품 구조체들보다 큰 피치를 갖는다. 일 예시로서, 스케터로메트리 타겟은 미크론(㎛) 단위로 측정되는 타겟 격자 피치를 가질 수 있는 반면, 동일한 기판 상의 제품 구조체들은 나노미터(nm) 단위로 측정되는 피치를 가질 수 있다.
피치의 이러한 차이는 측정된 오버레이와 제품 구조체들 상의 실제 오버레이 사이의 오프셋을 유도한다. 오프셋은 적어도 부분적으로 리소그래피 장치의 광학 투영 왜곡들 및/또는 제조 공정의 다른 단계들에서의 상이한 처리로 인한 것이다. 현재, 오프셋은 전체 측정된 오버레이에 대한 중요한 기여를 포함한다. 그러므로, 이를 감소시키거나 제거하는 것이 전체 오버레이 성능을 개선할 것이다.
예를 들어, 0.1 nm 내지 100 nm의 범위, 또는 선택적으로 1 내지 50 nm의 범위, 또는 선택적으로 10 내지 20 nm의 파장 범위 내의 파장들을 갖는 EUV 범위 또는 "연질 X-선"의 방사선을 방출하는 소스들을 사용하는 메트롤로지 툴들이 개발될 수 있다. 이러한 소스들의 예로는 방전 생성 플라즈마 소스, 레이저 생성 플라즈마 소스 또는 고차 고조파 생성(High-order Harmonic Generation: HHG) 소스를 포함한다. HHG 소스는 방출된 광에서 큰 플럭스의 시준된 광자들(고휘도)을 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다.
메트롤로지 적용예에 사용되는 HHG 소스들은 유럽 특허 출원들 EP152020301, EP16168237, EP16167512에서 예시되고 더 설명되며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 메트롤로지 적용예들에서, 이러한 HHG 소스들은 (예를 들어) 수직 입사로, 수직 입사에 매우 근접하여(예를 들어, 수직으로부터 10 도 이내), 스침 입사로(예를 들어, 표면으로부터 20 도 이내), 임의의 각도 또는 (단일 포착으로 더 많은 측정 정보를 얻기 위해) 다중 각도로 사용될 수 있다.
도 4는 방사선 소스(430)를 더 상세히 나타내는 메트롤로지 구성을 예시한다. 방사선 소스(430)는 고조파 생성(HHG) 기술에 기초하여 "연질 X-선"/EUV (고조파) 방사선을 발생시키는 HHG 소스이다. 방사선 소스(430)의 주요 구성요소는 펌프 방사선 소스(431)(예를 들어, 펌프 레이저 또는 발진기) 및 HHG 가스 셀(432)과 같은 HHG 매질이다. 가스 공급기(434)가 가스 셀에 적절한 가스를 공급하고, 여기서 이는 선택적으로 전원(도시되지 않음)에 의해 이온화된다. 펌프 방사선 소스(431)는, 예를 들어 필요에 따라 수 메가헤르츠까지의 펄스 반복률로 펄스 당 1 ns(1 나노초) 미만으로 지속되는 적외 방사선의 방사선 펄스들을 생성하는 광 증폭기를 갖는 섬유-기반 레이저일 수 있다. 펌프 방사선의 파장은, 예를 들어 1 ㎛(1 미크론)의 구역에 있을 수 있다. 방사선 펄스들은 펌프 방사선 빔(440)으로서 HHG 가스 셀(432)로 전달되며, 여기서 방사선의 일부분이 더 높은 주파수로 전환된다. HHG 가스 셀(432)로부터 원하는 파장 또는 파장들의 가간섭성(coherent) 방사선을 포함하는 측정 방사선 빔(442)이 나온다.
측정 방사선(442)은 다수 파장들을 포함할 수 있다. 또한, 방사선이 단색인 경우, 측정 계산들(재구성)은 단순화될 수 있지만, HHG로 여러 파장들을 갖는 방사선을 생성하는 것이 더 쉽다. 이들은 디자인 선택의 문제이며, 동일한 장치 내에서 선택가능한 옵션일 수도 있다. 예를 들어, 상이한 파장들이 상이한 재료들의 구조체를 이미징할 때 상이한 레벨의 콘트라스트를 제공할 것이다. 금속 구조체들 또는 실리콘 구조체들의 검사를 위해, 예를 들어 (탄소-계) 레지스트의 피처들을 이미징하거나 이러한 상이한 재료들의 오염을 검출하는 데 사용되는 것들에 대해 상이한 파장들이 선택될 수 있다.
1 이상의 필터링 디바이스(444)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄(Al)의 박막(thin membrane)과 같은 필터가 기본 IR 방사선이 검사 장치로 더 전달되는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다. 가스 셀(432)에서 발생된 것들 중에서 1 이상의 특정 고조파 파장을 선택하기 위해 격자가 제공될 수 있다. EUV 방사선이 공기 중에서 진행할 때 흡수된다는 점을 명심하여, 빔 경로들 중 일부 또는 전부가 진공 환경 내에 포함될 수 있다. 방사선 소스(430)의 다양한 구성요소들 및 조명 광학기는 동일한 장치 내에서 상이한 메트롤로지 '레시피들'을 구현하도록 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 상이한 파장들 및/또는 편광이 선택가능하게 이루어질 수 있다.
방사선 소스(430)로부터, 필터링된 측정 빔은 검사 챔버에 들어가고, 여기서 관심 구조체 또는 타겟 구조체를 포함한 기판(W)은 기판 지지체(414)에 의하여 검사를 위해 유지된다. 타겟 구조체는 T로 표시된다. 검사 챔버 내의 분위기는 진공 펌프(452)에 의해 거의 진공으로 유지되어, 연질 X-선 방사선이 분위기를 통해 과도한 감쇠 없이 통과할 수 있도록 한다. 조명 시스템은 방사선을 포커스된 빔(456)으로 포커스하기 위한 1 이상의 광학 요소(454)를 포함하고, 예를 들어 앞서 언급된 선출원들에서 설명된 바와 같이, 2-차원 곡면 거울 또는 일련의 1-차원 곡면 거울들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 분광 격자와 같은 회절 격자가 이러한 거울들과 조합될 수 있다. 포커싱은 관심 구조체 상으로 투영될 때 직경이 10 ㎛ 아래인 원형 또는 타원형 스폿을 달성하도록 수행된다. 기판 지지체(414)는 예를 들어 X-Y 병진 스테이지 및 회전 스테이지를 포함하며, 이에 의해 기판(W)의 여하한의 부분이 원하는 방위로 빔의 초점이 될 수 있다. 따라서, 방사선 스폿(S)은 관심 구조체 상에 형성된다. 관심 구조체로부터 산란된 방사선(408)은 검출기(460)에 의해 검출된다.
도 5는, 예를 들어 도 4에 설명된 시스템에서 구현될 수 있는 바와 같은 예시적인 HHG 가스 셀의 더 상세한 예시를 나타낸다. 도 4와의 비교의 용이함을 위해, 도 4의 대응하는 요소들과 유사한 도 5의 요소들이 도 4에 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되지만, 접두사는 "4" 대신에 "5"이다.
HHG 가스 셀(532)(또는 다른 HHG 생성 매질)에 포커스되는 유입 펌프 방사선(540)(예를 들어, IR 방사선)이 도시되어 있다. HHG 가스 셀(532) 너머에는 생성된 HHG 방사선(측정 방사선 또는 연질 X-선/EUV 방사선)(542), 및 생성된 측정 방사선(542)으로부터 필터링되어야 하는 남은 펌프 방사선(544)이 도시되어 있다. 통상적으로, 생성된 측정 방사선(542) 및 남은 펌프 방사선(544)의 오버랩 구역이 존재하기 때문에, 측정 방사선(542)에 대해서는 매우 투명하지만 펌프 방사선(544)을 차단하는 필터가 필요하다. 이는 몇몇 예시들에서 초박형(ultra-thin) 금속 필름 필터들을 사용함으로써 해결될 수 있다. HHG 가스 셀 내에서, 모세관(570)이 가스(즉, HHG 매질)를 검사 챔버로 전달한다(화살표 572로 나타냄). 일단 가스가 모세관을 빠져 나가면, 이는 많은 특성들(예를 들어, 속도, 유체의 재료 속성들 및 모세관의 속성들)에 따라 검사 챔버로 확산되어 가스의 "클라우드(cloud)"(574)를 형성한다. 펌프 방사선은 가스를 통해 전파되어 측정 방사선을 생성한다. 앞서 설명된 바와 같이, 검사 챔버는 생성된 연질 X-선 방사선이 대기 입자들의 존재에 의해 흡수되는 것을 회피하기 위해 거의 진공으로 유지된다.
알려진 예시적인 구성의 한가지 문제점은, 가스 입자들이 일단 모세관을 빠져 나가면 실질적으로 모든 방향으로 확산된다는 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 가스 입자들은 측정 방사선을 생성하기 위해 필요하지만, 측정 방사선의 경로에 존재하는 여하한의 가스 입자들이 측정 방사선을 흡수할 것이다. 가스 입자들의 상당 부분이 측정 방사선의 경로를 따라 또는 경로를 통해 전파될 수 있으므로, 측정 방사선의 상당 부분이 알려진 시스템에서 흡수될 수 있다. 다시 말해서, 측정 방사선의 경로 내의 가스 입자들이 측정 방사선의 세기 및 시간적 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
본 발명자들은 생성된 방사선의 흡수량을 최소화하면서 가스를 전달하는 장치를 제공하는 것이 가능함을 깨달았다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템(600)을 예시한다. 가스 전달 시스템은 앞서 도 4에 나타낸 것과 같은 적절한 방사선 또는 조명 시스템으로 구현될 수 있다.
시스템은 적어도 제 1 방향(603)으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소(602)를 포함한다. 가스 전달 요소는 광학 입력부(606)를 포함한다. 추가적으로, 가스 전달 요소는 광학 출력부(608)를 포함한다. 광학 입력부 및 광학 출력부는 제 2 방향으로 방위지정되는 광학 경로(610)를 정의하고, 제 2 방향은 제 1 방향과 비-수직 및 비-평행이다. 몇몇 예시들에서, 광학 입력부 및/또는 광학 출력부는 펌프 방사선 빔의 특성들에 의존할 수 있다. 일 예시에서, 광학 입력부 및 광학 출력부는 펌프 방사선의 빔 형상과 실질적으로 일치하도록 매칭된다.
가스 전달 요소는 여하한의 적절하거나 편리한 형상을 가질 수 있다. 본 예시들에서, 가스 전달 요소는 2 쌍의 마주하는 벽들; 광학 입력부(606)를 포함하는 제 1 벽(612); 광학 출력부를 포함하는 제 2 벽(614); 제 1 측벽(616); 및 제 2 측벽(618)을 포함한다.
작동 동안, 가스(604)는 가스 전달 요소에 들어가고 실질적으로 제 1 방향(603)으로 흐른다. 가스의 제 1 부분(620)이 광학 입력부(606)를 통해 빠져 나갈 것이고, 가스의 제 2 부분(622)이 광학 출력부(608)를 통해 빠져 나갈 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 가스의 제 2 부분은 생성된 방사선을 흡수하는 역할을 할 것이며, 이는 생성된 방사선의 세기를 감소시킨다. 가스의 제 3 부분(605)이 가스 전달 요소의 출력부를 향해 지향된다.
가스 전달 시스템은, 펌프 방사선 빔이 광학 경로(610)를 따라 전파되고, 펌프 방사선 빔이 실질적으로 가스 전달 시스템 내부에 있는[즉, 광학 경로(610) 상에 그리고 제 1 벽(612)과 제 2 벽(614) 사이에 위치되는] 지점에서 포커스되도록 배치된다. 다시 말해서, 펌프 방사선 빔은 가스 전달 요소 내부의 가스 흐름 내에 위치되는 [즉, 초점 또는 "빔 웨이스트(beam waist)"를 갖는] 펌프 방사선의 세기를 최대화하도록 배치된다. 하지만, 이는 예시적인 목적만을 위한 것임을 이해할 것이다. 몇몇 예시들에서, 초점은 광학 경로 상에 위치되지만, 가스 전달 요소 내부에 위치되지는 않는다. 일 예시에서, 초점은 가스 전달 요소의 입력 측에 위치된다. 또 다른 예시에서, 초점은 가스 전달 요소의 출력 측에 위치된다.
물론, 가스 전달 요소의 복수의 특정 단면들 및/또는 형상들이 예상될 수 있음을 이해할 것이다. 본 예시에서, 가스 전달 요소는 가스가 흐르는 특정 단면을 정의하는 2 쌍의 마주하는 벽들로 구성된다. (원형; 타원형; 또는 직사각형을 포함하지만 이에 제한되지는 않는) 다수의 특정 단면들이 예상될 수 있음을 이해할 것이다. 몇몇 예시들에서, 가스 전달 요소의 단면은 하나 또는 수 개의 특정 효과, 예를 들어 가스의 특정 유동 프로파일을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 원리를 개략적으로 예시한다. 도 6과의 비교의 용이함을 위해, 도 6의 대응하는 요소들과 유사한 도 7의 요소들이 도 6에 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되지만, 접두사는 "6" 대신에 "7"이다.
가스 전달 요소(702)는 제 1 방향(703)으로 가스(704)를 전달한다. 본 예시에서, 가스 전달 요소는 도 7에 나타낸 것과 실질적으로 동일하며, 즉 이는 그 안에 광학 입력부(706)를 갖는 제 1 벽(712) 및 그 안에 광학 출력부(708)를 갖는 제 2 벽(714)을 포함한다. 가스의 제 1 부분(720)이 광학 입력부(706)를 통해 빠져 나갈 것이고, 가스의 제 2 부분(722)이 광학 출력부(708)를 통해 빠져 나갈 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 가스의 제 2 부분은 생성된 방사선을 흡수하는 역할을 할 것이며, 이는 생성된 방사선의 세기를 감소시킨다. 가스의 제 3 부분(705)이 가스 전달 요소의 출력부를 향해 전파될 것이다.
이제 알려진 상황을 예시하는 도 7a를 구체적으로 살펴보면, 제 1 방향(703)은 제 2 방향(710)에 수직이며, 즉 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도(724a)는 90 도이다. 이 수직으로 인해, 광학 입력부로부터 빠져 나가는 가스의 부분은 광학 출력부로부터 빠져 나가는 가스의 부분과 실질적으로 동일하다.
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 상황을 나타낸다. 이 예시적인 상황에서, 제 1 방향(703)은 수직 또는 평행이 아닌 각도(724b)로 제 2 방향(710)에 대해 배치되었다. 도 7b의 예시적인 상황에서는, 도 7a에 설명된 상황과 유사하게, 가스의 제 1 부분이 광학 입력부를 통해 빠져 나갈 것이고, 가스의 제 2 부분이 광학 출력부를 통해 빠져 나갈 것이다. 비-수직으로 인해, 가스의 제 1 부분은 가스의 제 2 부분보다 크다.
도 7c 내지 도 7e는 도 7b에 예시된 것과 실질적으로 유사하지만 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도(724c, 724d, 724e)의 값들이 상이한 다수의 예시적인 상황들을 나타낸다. 이해하는 바와 같이, 제 1 방향(703)과 제 2 방향(710) 사이의 각도가 증가함에 따라, 광학 입력부(즉, 제 1 부분)를 통한 가스 흐름은 증가하고, 광학 출력부(즉, 제 2 부분)를 통한 가스 흐름은 감소한다. 아래에 예시된 값들은 본 발명의 원리들을 설명하기 위해 단지 예시적인 것임을 이해할 것이다.
각도 (도) 광학 입력부를 통한 흐름 (a.u.) 광학 출력부를 통한 흐름 (a.u.)
0 1 1
10 1.09 0.93
30 1.67 0.70
45 2.25 0.52
50 2.83 0.46
가스 전달 요소의 입력 측에서의 증가된 가스 흐름은 측정 방사선의 출력에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 하지만, 광학 출력부를 통해 가스 전달 요소를 나가는 가스의 양을 감소시킴으로써, 광학 출력부에서의 입자들의 존재로 인한 연질 X-선 방사선의 흡수는 감소된다. 차례로, 이는 조명 소스의 방사선 출력을 증가시킨다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템의 제 2 예시적인 구현을 나타낸다. 도 6과의 비교의 용이함을 위해, 도 6의 대응하는 요소들과 유사한 도 8의 요소들이 도 6에 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되지만, 접두사는 "6" 대신에 "8"이다.
앞서 도 6을 참조하여 설명된 예시와 유사하게, 가스 전달 요소(802)는 광학 경로를 정의하는 광학 입력부(806) 및 광학 출력부(808)를 포함한다. 본 예시에서, 광학 경로는 제 2 방향(810)을 정의하는 실질적으로 원통형인 방사선 가이드의 일부를 형성한다. 가스 전달 요소는 실질적으로 토로이드형(toroidal)인 가스 전달 구성요소(807)를 더 포함한다. 토로이드형 가스 전달 구성요소는 적어도 하나의 가스 전달 통로(809)에 의해 방사선 가이드에 연결되어, 적어도 제 1 방향(803)으로 방사선 가이드에 가스를 전달한다. 가스 전달 통로는 여하한의 적절한 형상을 가질 수 있다. 본 예시에서, 가스 전달 통로는 실질적으로 원뿔대(frustro-conical)인 형상을 가져, 가스가 제 2 방향(810) 주위에서 실질적으로 대칭으로 전달되도록 한다. 다시 말해서, 가스 전달 통로는 제 2 방향에 비-수직 및 비-평행인 복수의 각도들에서 가스(804)를 전달한다.
앞서 논의된 구현들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 원리들에 따라 많은 특정 구현들이 예상될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
앞서 논의된 바와 같이, 측정 방사선의 세기 및 안정성을 최대화하는 것이 바람직하다. 안정성을 보장하기 위해, HHG 가스 셀로의 가스 공급이 실질적으로 일정한 레벨로 유지될 것을 보장할 필요가 있다. 공급된 가스의 특성들, 예를 들어 가스 유속 또는 가스 유량(이에 제한되지는 않음)의 여하한의 변동 또는 불안정이 측정 방사선의 특성들을 시간에 따라 변하게 할 것이다. 예를 들어, 감소된 가스 흐름이 측정 방사선의 양을 감소시킬 것이며, 이는 측정 방사선의 지각 세기(perceived intensity)를 감소시킨다. 이는, 차례로 측정 방사선을 사용하여 수행되는 측정들의 품질에 영향을 줄 수 있다.
따라서, HHG 가스 셀에 공급되는 가스의 안정성을 일정하고 높은 레벨로 유지하는 것이 유리하다. 이제, 가스 전달 시스템으로의 가스 공급의 안정성을 개선하도록 의도되는 다수의 예시적인 구현들이 논의될 것이다.
도 9는 예시적인 가스 전달 시스템을 포함하는 방사선 소스(930)를 예시한다. 도 4와의 비교의 용이함을 위해, 도 4의 대응하는 요소들과 유사한 도 9의 요소들이 도 4에 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되지만, 접두사는 "4" 대신에 "9"이다.
가스 전달 시스템은 가스 소스(934)와 HHG 가스 셀(932) 사이에 위치되는 가스 버퍼 요소(960)를 포함한다. 가스 버퍼 요소는 가스 소스의 출력부에 연결되는 입력부, 및 HHG 가스 셀의 입력부에 연결되는 출력부를 갖는다. 작동 시, 가스가 가스 소스(이는 단순 밸브로 피팅된 고압 가스 병일 수 있음)로부터, 및 가스 버퍼 요소로 이송된다. 통상적으로, 가스 소스들은 높은 레벨의 가스 흐름 변동 및 불안정을 갖는 출력들을 포함한다. 가스 버퍼 요소는 가스 소스로부터 가스 흐름의 변동들을 흡수하고 실질적으로 일정한 가스 흐름을 HHG 가스 셀에 전달하도록 작동가능하다.
가스 버퍼 요소는 여하한의 적절한 형상 또는 형태를 가질 수 있다. 몇몇 예시들에서, 가스의 특성들 중 1 이상을 제어하기 위한 제어 수단(962)이 제공될 수 있다. 특정 예시들에서, 가스 버퍼 요소는 온도 제어 요소를 포함한다. 이는 가스 온도가 제어되게 하며, 이는 가스 전달 시스템 자체에서 환경의 온도 변동들로 인한 가스의 비질량(specific mass)의 변동들을 감소시킬 수 있다. 본 예시에서 가스 버퍼 요소의 일부로서 포함되는 것으로 논의되지만, 온도 제어 요소는 몇몇 예시들에서 가스 버퍼 요소 외부에 위치될 수 있는 한편, 이와 함께 사용될 수 있다. 다른 예시들에서, 추가적인 또는 대안적인 제어 수단이 제공될 수 있다. 몇몇 예시들에서, 가스 버퍼 요소 또는 가스 전달 시스템은 가스 조성 제어 요소를 포함할 수 있다. 이는 가스가 특정 가스들 또는 화합물들의 혼합물을 포함하는 상황들에 특히 관련된다. 또 다른 예시들에서, 가스 버퍼 요소 또는 가스 전달 시스템은 순도 제어 요소를 포함할 수 있다. 이는 가스의 품질 또는 순도 제어가 관심사인 상황들에 관련된다. 특정 예시들에서, 순도 제어 요소는 스크러버 또는 가스 교체 요소에 커플링된다.
도 10은 가스의 유동 프로파일을 개선하기 위한 다수의 예시적인 가스 전달 요소들을 개략적으로 예시한다. 도 6과의 비교의 용이함을 위해, 도 6의 대응하는 요소들과 유사한 도 10의 요소들이 도 6에 사용된 것과 유사한 참조 부호들로 표시되지만, 접두사는 "6" 대신에 "10"이다.
도 10a는 알려진 가스 전달 요소(1002), 예를 들어 도 5를 참조하여 설명된 바와 같은 모세관을 나타낸다. 나타낸 바와 같은 가스 전달 요소에서, 이동 가스(1004)는 [점선(1024)으로 나타낸 바와 같이] 특정 유동 프로파일을 갖는 것으로 알려져 있다. 통상적으로, 가스의 속도 및 압력은 가스 전달 요소의 중간 부근에서 가장 크고 가스 전달 요소의 벽들 부근에서 가장 작다. 가스 전달 요소의 출력부에서, 유동 프로파일(1026a)은 가스 전달 요소 내의 유동 프로파일과 실질적으로 동일하다. 유동 프로파일이 횡방향으로 균질하지 않기 때문에, 가스 전달 요소를 나가는 가스 확산은 가스 유동 프로파일이 실질적으로 횡방향으로 균질한 경우(예를 들어, 가스 전달 요소 내의 가스 흐름이 층류인 경우)보다 높다. 결과로서, 가스가 유입 펌프 방사선과 상호작용하는 영역에 가스의 "클라우드"가 형성된다. 펌프 방사선의 생성된 방사선으로의 전환을 최대화하고 가스 입자들에 의한 측정 방사선의 흡수를 최소화하기 위해, 가스 흐름이 층류일 것을 보장하는 것이 바람직하다.
도 10b는 본 발명에 따른 예시적인 가스 전달 요소(1002)를 나타낸다. 도 10a에 나타낸 것과 실질적으로 동일한 모세관으로서 예시되지만, 이 예시의 원리들은 여하한 수의 특정 구현들에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 10b에 나타낸 가스 전달 요소는 필터링 요소(1028)를 포함한다. 필터링 요소는 가스 전달 요소를 통해 흐르는 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능하다. 몇몇 예시들에서, 필터링 요소는 가스 전달 요소의 출력부에서 가스에 층류 유동 프로파일(1026b)을 제공하도록 작동가능하다. 가스의 난류의 양을 감소시킴으로써, 일단 가스가 가스 전달 요소를 빠져 나가면 가스의 확산은 감소된다. 이는 차례로 가스가 펌프 방사선과 상호작용하는 영역에서 더 높은 농도의 가스를 유지한다(이는 전환 효율 및 생성된 방사선의 결과적인 세기를 증가시킴). 본 예시에서, 필터링 요소(1028)는 제 1 필터 구성요소(1030) 및 제 2 필터 구성요소(1032)를 포함한다. 이 예시에서, 제 1 필터 구성요소 및 제 2 필터 구성요소는 둘 다 복수의 포어(pore)들을 포함한다. 제 1 필터 구성요소는 필터링 요소 내부에서의 가스의 압력 및 속도를 균일화한다. 제 2 필터는 가스 전달 요소를 나가는 가스의 균일한 흐름 분포를 제공한다. 예를 들어, 측정 방사선의 생성을 최적화하기 위해 포어 크기 및 가스의 분포를 제어함으로써 특정 흐름 분포를 제어할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 이 예시는 단지 예시적이며, 필요한 기능을 수행하는, 즉 가스 전달 요소에서 유체의 층류를 제공하는 다수의 특정 구현들이 예상될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 모세관으로서 도 10에 예시되지만, 이 예시의 원리들은 본 발명의 다른 특정한 예시적인 구현들에 쉽게 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
합리적인 에너지 전환 효율로 (예를 들어, 연질 X-선) 측정 방사선을 생성하기 위해, 수 개의 물리적 파라미터들이 조정될 수 있다. HHG 측정 방사선의 생성에 영향을 미치는 이러한 한가지 파라미터는 가스 셀 내의 가스의 개수 밀도이다. 바람직하게는, 개수 밀도는 위상 정합(phase matching) 및 이온화를 위해 (펌프 방사선이 가스와 상호작용하고/가스를 여기시키는) 펌프 방사선 상호작용 구역 내에서 높아야 하지만, 이 위치 바로 너머의 구역에서는 측정 방사선 흡수를 방지하기 위해 낮아야 한다. 또한, 효율적인 측정 방사선 생성을 위해, 고밀도 구역은 소정 최소 거리, 예를 들어 수 밀리미터에 걸쳐 연장된 후, 예를 들어 펌프 방사선 빔의 방향을 따라 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 이내에서 저밀도로 급격히 떨어져야 한다.
그러므로, 높은 개수 밀도로부터 낮은 개수 밀도로의 강하(drop-off) 길이가 감소되도록 가스 제트를 형성하기 위해 가스 제트 성형 디바이스를 사용하는 것이 제안된다. 가스 제트 성형 디바이스는 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이(높은 개수 밀도를 갖는 구역의 길이)가 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 증가되도록 가스 제트를 더 성형할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 제트 성형 디바이스는 짧은 강하 길이가 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 미만이도록 이루어질 수 있다. 이와 관련하여 "낮은 밀도"는 진공 용기 내의 배경 압력(background pressure)을 포함할 수 있으며, 이는 상당한 양의 측정 방사선을 흡수하지 않도록 충분히 낮아야 한다, 예를 들어 전형적으로 1 내지 10 Pa. 일 실시예에서, 강하 길이는 펌프 방사선 상호작용 구역에서의 밀도로부터 저밀도 구역까지 가스 밀도가 적어도 10 배만큼 떨어지는 거리를 기술할 수 있다. 펌프 방사선 상호작용 구역의 실제 길이는 한 자릿수(an order of magnitude) 이상만큼 변동할 수 있다; 펌프 방사선 상호작용 구역의 최적 길이는 가스 타입 및 펌프 방사선 빔 세기 및 포커스에 의존할 것이다.
일 실시예에서, 가스 제트 성형 요소는 가스 전달 요소 아래에 위치되는 각진 벽 요소(angled wall element)를 포함할 수 있다. 각진 벽 요소는 그 출력부(예를 들어, 노즐 출력부)에 인접한 지점에서 가스 전달 요소에 부착되어, 이 출력부 아래에서(예를 들어, 수 mm - 예를 들어, 10 mm 미만) 방출된 가스 제트를 향해 비스듬히 연장되도록 할 수 있다. (수직 또는 z-축에 대한) 각도는, 예를 들어 20 내지 60 도, 20 내지 50 도, 또는 30 내지 40 도일 수 있다. 일 실시예에서, 가스 제트 성형 요소는 저단부(bottom end)에서 개방된 각진 수평-원통형-세그먼트(예를 들어, 수평으로 절단된 원통형 세그먼트)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 가스 제트 성형 요소는 반(semi)-원통형 요소를 포함할 수 있다. 가스 제트 성형 요소는, 가스 제트 성형 요소의 벽이 가스 제트와 가스 셀의 광학 출력부 사이에 위치되고, 가스 제트 성형 요소의 벽이 가스 제트와 가스 셀의 광학 입력부 사이에 위치되지 않도록 위치될 수 있다. 가스 성형 요소는 생성된 측정 방사선을 투과시키는 어퍼처를 포함할 수 있다.
도 11은 (a) 등각 투영도 및 (b) 단면도로 도시된, 일 실시예에 따른 가스 제트 성형 요소(1180)를 갖는 가스 전달 요소(1170)의 개략적 예시이다. 가스 전달 요소(1170)는 노즐 유출구(1184)를 포함한다. 이 실시예에서 가스 제트 성형 요소(1180)는 반-원통형이고, 가스 제트(1104)와 광학 유출구(도시되지 않음) 사이에 위치된 벽을 갖는다. 가스 성형 요소(1180)는 생성된 측정 방사선을 투과시키는 어퍼처(1182)를 포함한다. 가스 성형 요소(1180)의 형상 및 위치는 점선(1186)으로 나타낸 가스 제트(1104)의 개수 밀도의 급격한 강하를 유도한다. 이러한 것으로서, 광학 유출구를 향한 방향으로 이 점선(1186) 직후의 광학 경로를 따르는 구역은 매우 낮은 개수 밀도(예를 들어, 진공 용기 내의 배경 압력)를 갖는다. 이는 가스 제트(1104)에 의한 생성된 측정 방사선의 흡수를 감소시키도록 작용한다. 수직 방향으로의 가스 분자의 고속 및 운동 에너지로 인해 비교적 적은 가스 분자가 어퍼처(1182)를 통과한다.
일 실시예에서, 가스 제트 성형 요소(1180)의 벽은 얇을 수 있으며, 예를 들어 0.2 mm 미만, 또는 0.1 mm 구역에 있을 수 있다. 이는 여하한의 적절한 재료, 예를 들어 [예를 들어, 노즐 유출구(1184) 주위의 디스크(1187)에 용접될 수 있도록] 용접가능한 재료를 포함할 수 있다. 재료는 내마모성이고 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 적절한 재료들은, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 알루미늄 또는 스테인리스강을 포함할 수 있다.
가스 제트 성형 요소(1180)의 효과는 가스 제트 성형 요소(1180)의 가스 전달 측에 더 높은 밀도의 가스를 제공하고, 어퍼처(1182)의 위치에 가까운 가스 제트 성형 요소(1180)의 출구 측에서 가파른 밀도 하락을 제공한다. 더 구체적으로, 가스 제트 성형 요소(1180)는 가스 전달 측에서 (가스 제트 성형 요소가 없는 것에 비해) 비교적 긴 펌프 방사선 상호작용 구역 및 유출구 측에서 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 미만인 길이를 갖는 밀도 강하 구역을 제공한다.
도 12는 이 효과를 예시한다. 이는 2 개의 가스 밀도 프로파일들, 즉 가스 성형 요소를 갖지 않는 가스 전달 시스템에 대한 제 1 가스 밀도 프로파일(1291)(실선) 및 본 명세서에 개시된 가스 성형 요소를 갖는 가스 전달 시스템에 대한 제 2 가스 밀도 프로파일(1292)(점선)을 나타낸다. 각각의 경우에, 가스 밀도 프로파일은 출력 노즐의 중심에서 원점 0을 갖는 광학 경로를 따른 거리(x-축)에 대한 대수 스케일 상의 분자 가스 밀도(y-축)의 플롯을 포함한다. 또한, 펌프 방사선이 가스를 여기시킬 제 1 가스 밀도 레벨을 나타내는 제 1 가스 밀도 레벨 라인(1293)이 y-축에 표시되어 있다. 이는 노즐 출력부 아래의 특정 거리에서 비교적 높은 밀도의 구역(예를 들어, 피크의 적어도 50 %)에 해당하고; 펌프 방사선은 레이저 상호작용 길이가 0이므로 밀도 피크를 통과하지 않는다. 제 2 가스 밀도 레벨 라인(1294)은 가스 밀도가 제 1 가스 밀도 레벨에 비해 한 자릿수(즉, 10 배)만큼 떨어지는 가스 밀도 레벨을 나타낸다. 제 2 가스 밀도 프로파일(1292)은 제 1 가스 밀도 프로파일(1291)의 펌프 방사선 상호작용 길이(1296)에 비해 더 긴 펌프 방사선 상호작용 길이(1295)를 나타낸다. 또한, 제 2 가스 밀도 프로파일(1292)의 강하 길이(1297) 및 제 1 가스 밀도 프로파일(1291)의 강하 길이(1298)가 도시되어 있다. 특히, 가스 밀도 강하 길이(1297)는 제 2 가스 밀도 프로파일(1292)에 대한 펌프 방사선 상호작용 길이(1295)의 10 % 미만인 한편, 가스 밀도 강하 길이(1298)는 제 1 가스 밀도 프로파일(1291)에 대한 펌프 방사선 상호작용 길이(1296)의 10 %보다 크다는 것이 주목된다.
펌프 방사선 상호작용 구역(1295)의 실제 길이는 가스 타입, 압력 등에 의존하여 변동가능하다는 것을 유의하여야 한다. 이러한 것으로서, 하나의 순전히 예시적인 작동 지점은 1.5 mm의 펌프 방사선 상호작용 길이(1295) 및 0.1 mm의 강하 길이(1297)를 가질 수 있다. 하지만, 이는 예를 들어 더 높은 가스 밀도와 함께 10 배 더 작게 스케일링될 수도 있다. 이에 따라, 또 다른 (순전히 예시적인) 작동 지점은 0.2 mm의 펌프 방사선 상호작용 길이(1295) 및 0.02 mm보다 작은 강하 길이(1297)를 가질 수 있다. 가스 밀도 프로파일은 폭(x-축: mm) 및 높이(y-축: 가스 밀도)에서 스케일링가능하다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 가스 제트 성형 요소는 개시된 다른 실시예들, 즉 가스 제트 전달 방향에 비-수직 또는 비-평행인 광학 경로를 갖는 가스 전달 요소와 함께 사용될 수 있거나, 또는 광학 경로가 가스 제트 전달 방향에 수직인 더 통상적인 가스 전달 요소에 통합될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
이미 설명된 바와 같이, 가스 밀도 강하 길이를 감소시키는 이점이 존재한다. 생성된 측정 방사선의 가스에 의한 재흡수는 실질적으로 가스 매질의 가스 밀도 강하가 펌프 방사선의 전파 방향(x)에서 날카로운 에지를 가져 가스 밀도가 펌프 방사선 상호작용 길이 직후에 매우 급격히 떨어지도록 하는 경우에 방지될 수 있다. 더 구체적으로, 이러한 날카로운 에지는 펌프 방사선 빔의 전파 축선(x)을 따라 위치 x = x0에 있을 수 있고, 이때 x < x0에서의 특정 위상-정합 밀도로부터 가스가 연질 X-선 방사선에 본질적으로 투명하도록 충분히 낮은 x > x0에서의 밀도로 가스 밀도가 급격히 떨어진다. 연질 X-선 방사선 세기는 통상적으로 펌프 방사선 빔의 포커스 부근에서 높은 피크 값에 도달한다. (전형적인 바와 같이) 가스 밀도 프로파일이 이 최대값을 따라 서서히 떨어지면, 연질 X-선 세기는 x > x0 구역의 가스에 의한 흡수로 인해 낮은 값으로 감소할 것이다. 대조적으로, 가스 밀도가 x = x0 부근에서 날카로운 에지를 갖는 경우, x > x0 구역에서의 흡수가 실질적으로 회피되고 연질 X-선 세기는 x > x0 구역에서 높게 유지된다. 가스 밀도 프로파일의 '날카로움(sharpness)'의 정도는, 가스 종에 의존하는 특징적 길이 스케일인 가스의 흡수 길이에 필적하거나 그보다 작은 길이에 걸쳐 밀도가 떨어지는 경우에 이 바람직한 거동을 유도한다. 전형적으로, 20 nm 아래의 파장들에서 연질 X-선 생성에 적절한 가스의 흡수 길이는 대략 수십 밀리미터 이하이다. 가스 밀도는 통상적으로 1023 내지 1026 m-3의 범위에 있다.
연질 X-선 펄스가 이 구역을 통과하는 순간에 x > x0 구역에서 크게 또는 완전히 이온화된 플라즈마를 생성하기 위해 제 2 고강도 (예를 들어, 레이저) 방사선 펄스를 사용하는 것이 제안된다. 플라즈마는 기상(gas phase)의 원래 원자들(또는 분자들)보다 흡수 단면적이 훨씬 더 작은 이온들로 구성되므로, 연질 X-선 측정 방사선을 상당히 덜 흡수할 것이다. 이는 가파른 입자 밀도 구배에 대한 필요성을 회피하며, 측정 방사선이 생성되고 재흡수되는 정확한 구역에 걸쳐 추가적인 제어를 제공한다.
고 이온화된 플라즈마를 생성하기 위해 전형적으로 1018 W/m2 이상의 레이저 세기가 사용될 수 있다. 대략 3 mm의 길이(가스 제트 구성에서 가스 밀도가 상당히 떨어지는 길이)에 걸쳐 이를 생성하기 위해, 약 30 ㎛의 직경의 스폿에 포커스되는, 예를 들어 1 ㎛의 파장을 갖는 레이저 펄스가 사용될 수 있다. 1018 W/m2의 세기에 도달하기 위해, 50 fs 레이저 펄스의 에너지는 0.5 mJ 정도일 것이며, 이는 측정 방사선을 생성하기 위한 펌프 레이저 펄스와 비슷하다.
도 13은 (a) 내지 (d)가 측정 방사선 생성 공정 동안 상이한 시간들에서의 펌프 방사선 펄스(1300) 및 역-전파(counter-propagating) 이온화 방사선 펄스(1310)를 예시하는, 역-전파 레이저 펄스를 포함하는 가능한 구성을 나타낸다. 도 13a는 처음의 펌프 방사선 펄스(1300) 및 이온화 방사선 펄스(1310)를 나타내고, 각각은 x = x0의 가스 타겟(1320)을 향해 전파된다. 도 13b는 다음 시간의 펌프 방사선 펄스(1300) 및 이온화 방사선 펄스(1310)를 나타내고, 각각은 증가된 세기로 포커스에 더 가까워진다. 도 13c는 펌프 방사선 전파 방향에 대해 x = x0 직후의 구역(예를 들어, x > x0)에서 가스 타겟(1320)을 이온화하는 이온화 방사선 펄스의 결과로서 생성되는 플라즈마(1330)를 나타낸다. 펄스들 사이의 지연은 생성된 측정 방사선 세기가 최대에 도달하는 위치인 x = x0에서(이에 근접하여) 펄스들이 오버랩을 달성하도록 조정된다. 그러므로, 생성된 연질 X-선 측정 방사선(1340)은 중성 가스보다는 플라즈마(1330)를 통해 전파된다. 도 13d는 플라즈마(1330)를 통해 전파된 후, 펌프 방사선과 동시-전파되는 생성된 연질 X-선 측정 방사선(1340)을 나타낸다.
이온화 방사선 펄스는 펌프 방사선 펄스와 동기화될 수 있다. 이는 이온화 방사선 펄스가 펌프 방사선 펄스와 동일한 발진기(예를 들어, 펌프 레이저)로부터 생성되는 경우에 자동으로 이루어질 수 있다. 이온화 방사선 펄스의 지연은 측정 방사선을 생성하기 위해 펌프 방사선 펄스가 x = x0에 도달하는 순간에 플라즈마가 형성되도록 조정될 수 있다. 당업자라면, 이것이 마이크로미터 및 피코초 미만의 정밀도로 달성하도록 상당히 간단하다는 것을 인식할 것이다. 또한, 정확한 타이밍은 측정 방사선 펄스들이 가스/플라즈마 경계와 만나는 위치가 능동적으로 선택될 수 있음을 의미한다. 역-전파 이온화 펄스는 펌프 레이저 펄스와 동일한 파장 또는 또 다른 파장으로 이루어질 수 있다. 이온화 방사선 펄스의 포커스 크기(및 이에 따른 발산)는 펌프 방사선 펄스의 포커스 크기와 유사할 수 있으며, 반드시 동일할 필요는 없다. 이온화 방사선의 포커스 크기 및 발산은 생성된 측정 방사선 빔의 크기에 매칭되어, 측정 방사선 빔이 비-이온화된 가스 대신에 고 이온화된 플라즈마를 통해 전파되도록 할 수 있다.
도 14는 단일 방사선 소스(발진기)(1405)로부터 역-전파 펌프 방사선 펄스(1400) 및 이온화 방사선 펄스(1410)를 생성하기 위한 가능한 구성을 나타낸다. 출력 방사선(1407)은 빔 스플리터(1415)에 의해 펌프 방사선 빔 경로(1425) 및 이온화 방사선 빔 경로(1427)로 분할된다. 펌프 방사선은 광학 요소들(1435)에 의해 가스 타겟(1420)으로 지향된다. 이온화 방사선은 광학 요소들(1450)에 의해, 및 지연 스테이지(1430)를 통해 가스 타겟(1420)으로 지향된다. 본 명세서에서, 지연 스테이지(1430)는 이온화 방사선 빔 경로(1427)에 있는 것으로 도시되지만, 이는 어느 한 빔 경로 또는 심지어 두 빔 경로 모두에 위치될 수 있다.
되돌아가는 이온화 방사선 펄스가 레이저 소스 시스템(1405)으로 재진입하지 못할 것을 보장하기 위해, 레이저 펄스들을 분리하는 다수의 방식들이 가능하다. 여기에서는, 펄스들을 분리하기 위해 편광을 사용하는 구성이 도시되어 있다. 반파장판(1455)이 빔 경로들 중 하나(이는 어느 것이든 중요하지 않음)에 위치된 후, 각각의 빔 경로에 편광 빔 스플리터들(1460, 1475) 및 빔 덤프들(1470, 1485)이 이어진다. 이 구성으로 인해, 두 펄스들(1400, 1410)은 직교 편광을 가질 것이며, 따라서 입사 방사선 펄스들은 편광 빔 스플리터(1460, 1475)에 의해 되돌아가는 방사선 펄스들로부터 분리될 수 있고, 입사 펄스들은 빔 덤프들(1470, 1485)로 지향된다. 대안적으로, 이온화 방사선 펄스들은 약간 기울어져 시스템으로 도입되어, 되돌아가는 펄스들의 빔 경로를 입사 펄스들의 빔 경로로부터 분리할 수 있다. 또 다른 대안예로서, 펄스들에 대해 상이한 파장들이 사용될 수 있으며, 이는 이색성 거울(dichroic mirror)들 또는 필터들에 의한 분리를 허용한다.
도 15a 내지 도 15c는 3 개의 상이한 시점에서 플라즈마를 생성하기 위한 대안적인 가능한 구성을 나타낸다. 이는 이온화 방사선 펄스(1560)를 라인 포커스로 포커스하기 위해 원통형 렌즈(1550), 원통형 거울 또는 다른 적절한 광학 요소를 사용한다. 이 라인은 측정 방사선 펄스들(1540)의 경로 상에 방위지정되어, [예를 들어, 펌프 방사선 펄스(1500) 전파 방향에 대해 x = x0 직후의 구역에서] 생성된 측정 방사선 펄스들이 중성 가스 원자들 대신에 플라즈마(1530)를 통해 전파되도록 한다. 이 구성의 장점은, 도 13의 구성에 비해 더 긴 플라즈마가 생성될 수 있다는 것이다. 또한, 위치로부터 타이밍의 더 큰 디-커플링이 존재한다. 플라즈마는 측정 방사선 펄스들이 도달하기 전에 한 번에(피코초 정도, 최대 나노초) 생성될 수 있다. 이는 정확한 타이밍에 대한 필요성을 회피한다.
도 13 및 도 15에 구체적으로 나타낸 바와 같이, 이온화 방사선 펄스는 펌프 방사선 펄스의 전파 방향에 대해 반대 방향 또는 직교 방향으로부터 도달할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 이온화 방사선 펄스 및 펌프 방사선 펄스의 전파 방향들은 상이한 각도로 분리될 수 있다. 관련되는 것은, 생성된 플라즈마가 생성된 측정 방사선 펄스들이 생성되는 영역에 인접하고, 이 측정 방사선 펄스들이 플라즈마를 만나기 전에 고조파 생성 가스를 통해 전파되는 (최대) 짧은 거리만을 갖도록 하는 것이다.
앞서 개시된 플라즈마 생성 방법들의 추가 장점은 도즈 제어에 있다. 펌프 방사선 펄스에 대해 이온화 방사선 펄스의 타이밍을 정확하게 맞춤으로써, 및/또는 이온화 방사선 펄스의 세기를 제어함으로써, 중성 가스에 의한 흡수를 증가시키거나 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 것으로서, 제안된 조명 소스는 이온화 방사선 펄스의 세기를 제어하는, 및/또는 펌프 방사선 펄스에 대한 이온화 방사선 펄스의 타이밍을 제어하는 도즈 제어부(dose control)를 포함할 수 있다. 또한, 이 도즈 제어부는 플라즈마가 생성되지 않을 것을 보장함으로써 측정 방사선 펄스들을 효과적으로 일시적으로 '스위치오프(switch off)'하고, 및/또는 도즈 레벨을 제어하는 데 사용될 수 있다. 플라즈마가 생성되지 않고 가스 구성이 적절하게 선택되면, 모든 또는 거의 모든 측정 방사선이 가스에 의해 재흡수될 것이다. 도즈 제어부는 여하한의 적절한 방식으로, 예를 들어 이온화 방사선 펄스 및 그 생성을 제어하는 프로세서 상에서 실행되는 적절한 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 이러한 프로세서는 더 일반적으로 조명 소스의 작동을 제어하는 프로세서일 수 있다.
이온화 방사선 소스에 의해 생성된 플라즈마는 펌프 방사선 펄스를 굴절시키는 반면, 측정 방사선 펄스는 무시할 정도로만 영향을 받을 것이다. 이는 측정 방사선 펄스의 주파수가 관련된 전형적인 밀도 범위에서 플라즈마 주파수보다 훨씬 더 높기 때문이다. 이는, 예를 들어 측정 방사선 빔과는 정렬되지만 굴절되어 편향된 펌프 방사선 펄스는 차단하는 빔 경로에서의 작은 핀홀에 의해 연질 X-선 측정 방사선으로부터 펌프 방사선 펄스들을 분리하는 것이 더 쉬울 것을 의미한다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 가스 이온화 방법은 개시된 다른 실시예들, 즉 가스 제트 전달 방향에 비-수직 또는 비-평행인 광학 경로를 갖는 가스 전달 요소, 및/또는 도 11에 나타낸 바와 같은 가스 제트 성형 요소 전달 요소 및/또는 아래에서 설명되는 2 이상의 가스 노즐들의 제공과 함께 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 16은 생성되는 가스에 의한 측정 방사선의 재흡수를 완화하기 위한 대안적인 구성을 예시한다. 이 구성에서, 2 개의 상이한 가스들(예를 들어, 상이한 가스 종)을 갖는 적어도 2 개의 가스 제트들을 사용하는 것이 제안된다. 도 16a는 제 1 가스 노즐(1600a) 및 제 2 가스 노즐(1600b)을 갖는 이러한 구성을 예시한다. 가스들은 제 1 가스 노즐(1600a)에 의해 방출되는 제 1 가스 제트(1610a)가 원하는(예를 들어, 연질 X-선) 측정 방사선을 효율적으로 생성하는 가스 매질을 포함하도록 선택될 수 있다. 이러한 것으로서, 이 제 1 가스는 앞서 설명된 다른 실시예들에서 사용된 가스일 수 있다. 제 2 가스 제트 노즐(1600b)에 의해 방출되는 제 2 가스 제트(1610b)는 원하는(예를 들어, 연질 X-선) 파장에서 훨씬 더 낮은 흡수를 갖는 제 2 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 생성되는 측정 방사선이 10 내지 20 nm 범위의 연질 X-선 방사선을 포함하는 경우, 네온이 적절한 제 1 가스일 수 있고 아르곤이 적절한 제 2 가스일 수 있다. 아르곤은 네온보다 그 파장 범위에서 훨씬 더 낮은 흡수를 갖는다.
제 2 가스 제트(1610b) 흐름은 x = x0 위치 직후에 가파른 밀도 강하 구배를 얻기 위해 제 1 가스 제트(1610a)를 성형하도록 작용한다. 이는 x(펌프 방사선 전파 방향)에서의 거리에 대한 가스 밀도의 플롯인 도 16b에 예시되어 있다. 제 1 플롯(1620)(얇은 라인)은 제 1 가스에 대한 밀도 프로파일이고, 제 2 플롯(1630)(두꺼운 라인)은 제 2 가스에 대한 밀도 프로파일이다. 또한, 가스 타겟 구역(HHG 가스 셀) 내의 전체 가스 밀도(1640)의 플롯이 도시된다(점선). 제 1 가스에 대한 밀도 프로파일(1620)은 x = x0 위치에서 매우 가파른 강하를 나타내는 것을 알 수 있다. 이 위치를 넘어서는, 본질적으로 측정 방사선을 흡수하지 않을 제 2 가스만이 있다.
도 16a에 나타낸 실시예에서, 가스 제트들은 서로 인접한다. 선택적으로, 제 2 가스 제트(1610b)는 제 1 가스 제트(1610a)를 향해 경사질 수 있다. 또 다른 가능한 실시예에서, 가스 제트들은 동심으로 배치될 수 있으며; 예를 들어, 제 1 가스 노즐이 제 2 가스 노즐 내부에 위치된다.
상이한 가스 프로파일들을 갖는 더 많은 가스 제트가 제 1 가스의 가스 프로파일을 성형하기 위해 추가될 수 있다. 가스 제트들은 유사하거나 상이한 가스 압력들에서 작동될 수 있다. 또한, 이들은 상이한 형상 및 크기로 이루어질 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 2 이상의 가스 노즐 실시예는 개시된 다른 실시예들, 즉 가스 제트 전달 방향에 비-수직 또는 비-평행인 광학 경로를 갖는 가스 전달 요소, 및/또는 도 11에 나타낸 바와 같은 가스 제트 성형 요소 전달 요소 및/또는 앞서 설명된 플라즈마를 생성하는 이온화 펄스 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
추가 실시예들이 다음의 번호가 매겨진 항목들에서 정의된다:
1. 적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템에 있어서, 가스 전달 요소는:
광학 입력부; 및
광학 출력부를 포함하며,
상기 입력부 및 출력부는 광학 경로를 정의하고, 광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정되며,
제 2 방향은 제 1 방향과 비-수직 및 비-평행인 가스 전달 시스템.
2. 1 항에 있어서, 제 1 방향은 제 2 방향에 대해 둔각으로 있는 가스 전달 시스템.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 광학 입력부 및 광학 출력부는 고조파 방사선을 생성하기 위해 펌프 방사선으로 하여금 가스를 통과하게 하도록 배치되는 가스 전달 시스템.
4. 3 항에 있어서, 광학 입력부 및 광학 출력부는 광학 경로와 동심으로 배치되는 가스 전달 시스템.
5. 3 항 또는 4 항에 있어서, 광학 입력부는 가스 전달 시스템의 제 1 벽 내의 개구부를 포함하고, 광학 출력부는 가스 전달 시스템의 마주하는 벽 내의 개구부를 포함하는 가스 전달 시스템.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 입력부 및 광학 출력부 중 적어도 하나는 실질적으로 펌프 방사선의 빔 단면에 대응하는 단면을 갖는 가스 전달 시스템.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 전달 요소에 연결되는 적어도 하나의 펌핑 요소를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
8. 1 항 내지 7 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 전달 요소는 직사각형; 원형; 또는 타원형 중 하나인 제 1 방향에서의 단면을 갖는 가스 전달 시스템.
9. 1 항 내지 7 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 전달 요소는 토로이드형 가스 전달 구성요소를 포함하고, 토로이드형 가스 전달 구성요소는 적어도 제 1 방향으로 광학 경로에 가스를 전달하도록 배치되는 가스 전달 시스템.
10. 9 항에 있어서, 토로이드형 가스 전달 구성요소는 복수의 제 1 방향들로 광학 경로에 가스를 전달하도록 배치되는 가스 전달 시스템.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 버퍼 요소를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
12. 11 항에 있어서, 가스 버퍼 요소는 온도 제어 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
13. 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 있어서, 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 필터링 요소를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
14. 13 항에 있어서, 가스의 층류 유동 프로파일을 제공하도록 작동가능한 가스 전달 시스템.
15. 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 있어서, 펌프 방사선이 상기 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 후, 광학 출력부의 방향으로 가스의 개수 밀도가 급격하게 떨어지도록 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 제트 성형 디바이스를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
16. 15 항에 있어서, 가스의 개수 밀도는 상기 출력부를 향한 방향으로 펌프 방사선 상호작용 구역 바로 다음의 강하 구역 내에서 펌프 방사선 상호작용 구역에 비해 적어도 10 배만큼 떨어지고, 상기 강하 구역의 길이는 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 이하인 가스 전달 시스템.
17. 15 항 또는 16 항에 있어서, 상기 유동 프로파일의 수정은 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이를 연장시키도록 더 작동가능한 가스 전달 시스템.
18. 17 항에 있어서, 상기 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이는 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 50 % 이상 연장되는 가스 전달 시스템.
19. 15 항 내지 18 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 제트 성형 디바이스는 상기 제 1 방향에 대해 둔각으로 가스 전달 요소 아래에 위치된 각진 벽 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
20. 19 항에 있어서, 각진 벽 요소는 가스 전달 요소의 가스 출력부에 인접한 지점에 부착되어, 이 가스 출력부 아래에서 방출되는 가스를 향해 기울어져 연장되는 가스 전달 시스템.
21. 20 항에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 그 저단부에서 개방된 각진 수평-원통형-세그먼트를 포함하는 가스 전달 시스템.
22. 21 항에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 반-원통형 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
23. 19 항 내지 22 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 가스 제트 성형 요소의 벽이 펌프 방사선 상호작용 구역과 광학 출력부 사이에 위치되고, 가스 제트 성형 요소의 벽이 펌프 방사선 상호작용 구역과 광학 입력부 사이에 위치되지 않도록 위치되는 가스 전달 시스템.
24. 23 항에 있어서, 가스 성형 요소는 상기 광학 출력부로 생성된 측정 방사선을 통과시키도록 상기 벽 내에 어퍼처를 포함하는 가스 전달 시스템.
25. 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템에 있어서,
적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하고, 가스 전달 요소는:
광학 경로를 함께 정의하는 광학 입력부 및 광학 출력부 -광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정됨- ; 및
펌프 방사선이 상기 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 이후에 광학 출력부의 방향으로 가스의 개수 밀도가 급격히 떨어지도록 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 제트 성형 디바이스를 포함하는 가스 전달 시스템.
26. 25 항에 있어서, 가스의 개수 밀도는 상기 출력부를 향한 방향으로 펌프 방사선 상호작용 구역 바로 다음의 강하 구역 내에서 펌프 방사선 상호작용 구역에 비해 적어도 10 배만큼 떨어지고, 상기 강하 구역의 길이는 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 이하인 가스 전달 시스템.
27. 25 항 또는 26 항에 있어서, 상기 유동 프로파일의 수정은 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이를 연장시키도록 더 작동가능한 가스 전달 시스템.
28. 27 항에 있어서, 상기 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이는 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 50 % 이상 연장되는 가스 전달 시스템.
29. 25 항 내지 28 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 제트 성형 디바이스는 상기 제 1 방향에 대해 둔각으로 가스 전달 요소 아래에 위치된 각진 벽 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
30. 29 항에 있어서, 각진 벽 요소는 가스 전달 요소의 가스 출력부에 인접한 지점에 부착되어, 이 가스 출력부 아래에서 방출되는 가스를 향해 기울어져 연장되는 가스 전달 시스템.
31. 30 항에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 그 저단부에서 개방된 각진 수평-원통형-세그먼트를 포함하는 가스 전달 시스템.
32. 31 항에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 반-원통형 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
33. 29 항 내지 32 항 중 어느 하나에 있어서, 가스 제트 성형 요소는 가스 제트 성형 요소의 벽이 펌프 방사선 상호작용 구역과 광학 출력부 사이에 위치되고, 가스 제트 성형 요소의 벽이 펌프 방사선 상호작용 구역과 광학 입력부 사이에 위치되지 않도록 위치되는 가스 전달 시스템.
34. 33 항에 있어서, 가스 성형 요소는 상기 광학 출력부로 생성된 측정 방사선을 통과시키도록 상기 벽 내에 어퍼처를 포함하는 가스 전달 시스템.
35. 고조파 방사선을 발생시키기 위한 조명 소스에 있어서,
펌프 방사선을 방출하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및
방출된 펌프 방사선을 수용하고 상기 고조파 방사선을 발생시키도록 작동가능한, 1 항 내지 34 항 또는 39 항 내지 43 항 중 어느 하나에 따른 가스 전달 시스템을 포함하는 조명 소스.
36. 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 검사 장치에 있어서,
고조파 방사선을 발생시키는 35 항에 따른 조명 소스; 및
타겟 구조체에 의해 산란되는 고조파 방사선을 수용하는 감지 요소를 포함하는 검사 장치.
37. 패턴을 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템 및 기판 상으로 패턴의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치에 있어서,
35 항 또는 44 항 내지 55 항 중 어느 하나에 따른 조명 소스를 포함하는 리소그래피 장치.
38. 리소그래피 시스템에 있어서,
패턴을 조명하도록 배치되는 조명 광학 시스템 및 기판 상으로 패턴의 이미지를 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함한 리소그래피 장치; 및
36 항에 따른 검사 장치를 포함하고,
리소그래피 장치는 추가 기판들에 패턴을 적용함에 있어서 검사 장치에 의해 계산되는 1 이상의 파라미터를 사용하도록 배치되는 리소그래피 시스템.
39. 적어도 제 1 가스의 개수 밀도 프로파일이 제 2 가스에 의해 변경되는 방식으로 제 1 가스를 방출하도록 작동가능한 제 1 가스 전달 요소 및 제 2 가스를 방출하도록 작동가능한 제 2 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템.
40. 39 항에 있어서, 제 1 가스는 고조파 방사선의 생성을 위한 고조파 생성 가스 매질이고, 제 2 가스는 제 1 가스보다 낮은 고조파 방사선 흡수를 갖는 가스 전달 시스템.
41. 39 항 또는 40 항에 있어서, 제 2 가스는 펌프 방사선 펄스가 상기 제 1 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 후, 펌프 방사선 펄스의 전파 방향으로 가스의 개수 밀도가 급격하게 떨어지도록 제 1 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 전달 시스템.
42. 39 항 내지 41 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 가스 전달 요소는 제 2 가스 전달 요소에 인접하는 가스 전달 시스템.
43. 39 항 내지 41 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 가스 전달 요소 및 제 2 가스 전달 요소는 동심으로 배치되는 가스 전달 시스템.
44. 고조파 방사선을 발생시키기 위한 조명 소스에 있어서,
조명 시스템은 제 1 가스에서 펌프 방사선을 방출하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스를 포함하고, 39 항 내지 43 항 중 어느 하나에 따른 가스 전달 시스템을 포함하는 조명 소스.
45. 고조파 방사선을 발생시키기 위한 조명 소스에 있어서,
상기 고조파 방사선을 발생시키기 위해 고조파 생성 가스 매질에 펌프 방사선을 방출하여 펌프 방사선 상호작용 구역 내에서 상기 고조파 생성 가스 매질을 여기시키도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및
고조파 생성 가스 매질에 이온화 방사선을 방출하여 펌프 방사선 상호작용 구역과 조명 소스의 광학 출력부 사이의 이온화 구역에서 상기 가스를 이온화하도록 작동가능한 이온화 방사선 소스를 포함하는 조명 소스.
46. 45 항에 있어서, 이온화 구역은 상기 펌프 방사선 상호작용 구역에 바로 인접하는 조명 소스.
47. 45 항 또는 46 항에 있어서, 상기 조명 소스는 이온화 방사선이 상기 고조파 생성 가스 매질을 여기시키는 펌프 방사선과 실질적으로 동시에 이온화 구역에서 상기 가스를 이온화하도록 배치되는 조명 소스.
48. 45 항 내지 47 항 중 어느 하나에 있어서, 이온화 방사선의 전파 방향은 펌프 방사선의 전파 방향에 반대인 조명 소스.
49. 48 항에 있어서, 펌프 방사선 소스 및 이온화 방사선 소스는 고조파 생성 가스 매질의 양측에 위치되는 조명 소스.
50. 49 항에 있어서, 펌프 방사선의 파장, 편광 또는 전파 각도 중 적어도 하나가 이온화 방사선과 상이하여, 되돌아가는 펌프 방사선 및/또는 이온화 방사선의 분리를 가능하게 하도록 작동가능한 조명 소스.
51. 45 항 내지 47 항 중 어느 하나에 있어서, 이온화 방사선의 전파 방향은 펌프 방사선의 전파 방향에 직교인 조명 소스.
52. 51 항에 있어서, 이온화 구역에서 라인 포커스에 이온화 방사선을 포커스하도록 작동가능한 광학 요소를 포함하는 조명 소스.
53. 45 항 내지 52 항 중 어느 하나에 있어서, 펌프 방사선 및 이온화 방사선을 둘 다 제공하도록 작동가능한 공통의 발진기를 포함하는 조명 소스.
54. 45 항 내지 53 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 출력부는 펌프 방사선을 통과시키고 고조파 방사선을 차단하도록 배치되는 어퍼처를 포함하고, 펌프 방사선은 고조파 방사선보다 이온화 방사선 내에서 더 큰 굴절에 의한 편향을 겪도록 속성들을 갖는 조명 소스.
55. 45 항 내지 54 항 중 어느 하나에 있어서, 펌프 방사선에 대한 이온화 방사선의 타이밍, 및/또는 이온화 방사선의 세기를 제어하여, 이온화 구역 내에서의 흡수 특성들을 제어하는 도즈 제어부를 포함하는 조명 소스.
본 명세서에서 "메트롤로지 장치"라는 용어가 사용되는 경우, 그 위치에서 "검사 장치"라는 용어로 읽혀질 수도 있으며, 그 역도 가능하다. 본 명세서와 관련하여, 상기 장치들은 기판 상의 구조체의 관심 특성들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 관심 특성들은 측정 값들일 수 있고, 구조체들의 부재, 노광되지 않은 구조체들의 존재, 노광된 패턴의 변화들과 같은 노광된 패턴으로부터의 편차들일 수도 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 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함하는 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
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. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 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 바와 같이 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템에 있어서,
    가스 전달 요소는:
    광학 입력부; 및
    광학 출력부를 포함하며,
    상기 입력부 및 출력부는 광학 경로를 정의하고, 상기 광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정(orient)되며,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 비-수직 및 비-평행인 가스 전달 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향에 대해 둔각으로 있는 가스 전달 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 입력부 및 광학 출력부는 고조파 방사선(high harmonic radiation)을 생성하기 위해 펌프 방사선으로 하여금 상기 가스를 통과하게 하도록 배치되는 가스 전달 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 입력부는 상기 가스 전달 시스템의 제 1 벽 내의 개구부(opening)를 포함하고, 상기 광학 출력부는 상기 가스 전달 시스템의 마주하는 벽 내의 개구부를 포함하는 가스 전달 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 전달 요소는 토로이드형 가스 전달 구성요소(toroidal gas delivery component)를 포함하고, 상기 토로이드형 가스 전달 구성요소는 적어도 상기 제 1 방향으로 상기 광학 경로에 가스를 전달하도록 배치되며, 선택적으로 상기 토로이드형 가스 전달 구성요소는 복수의 제 1 방향들로 상기 광학 경로에 가스를 전달하도록 배치되는 가스 전달 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 버퍼 요소를 더 포함하고, 선택적으로 상기 가스 버퍼 요소는 온도 제어 요소를 포함하는 가스 전달 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스의 유동 프로파일(flow profile)을 수정하도록 작동가능한 필터링 요소를 더 포함하고, 선택적으로 상기 필터닝 요소는 상기 가스의 층류 유동 프로파일(laminar flow profile)을 제공하도록 작동가능한 가스 전달 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    펌프 방사선이 상기 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 후, 상기 광학 출력부의 방향으로 상기 가스의 개수 밀도(number density)가 급격하게 떨어지도록 상기 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 제트 성형 디바이스(gas jet shaping device)를 더 포함하는 가스 전달 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스의 개수 밀도는 상기 출력부를 향한 방향으로 상기 펌프 방사선 상호작용 구역 직후의 강하 구역(drop off region) 내에서 상기 펌프 방사선 상호작용 구역에 비해 적어도 10 배만큼 떨어지고, 상기 강하 구역의 길이는 상기 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이의 10 % 이하인 가스 전달 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유동 프로파일의 수정은 가스 제트 성형 디바이스가 존재하지 않는 것에 비해 상기 펌프 방사선 상호작용 구역의 길이를 연장하도록 더 작동가능한 가스 전달 시스템.
  11. 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템에 있어서,
    적어도 제 1 방향으로 가스를 지향하도록 배치되는 가스 전달 요소를 포함하고, 상기 가스 전달 요소는:
    광학 경로를 함께 정의하는 광학 입력부 및 광학 출력부 -상기 광학 경로는 제 2 방향으로 방위지정됨- ; 및
    펌프 방사선이 상기 가스와 상호작용하는 펌프 방사선 상호작용 구역 후, 상기 광학 출력부의 방향으로 상기 가스의 개수 밀도가 급격하게 떨어지도록 상기 가스의 유동 프로파일을 수정하도록 작동가능한 가스 제트 성형 디바이스를 포함하는 가스 전달 시스템.
  12. 고조파 방사선을 발생시키는 조명 소스에 있어서,
    펌프 방사선을 방출하도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및
    방출된 펌프 방사선을 수용하고 상기 고조파 방사선을 발생시키도록 작동가능한, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 가스 전달 시스템
    을 포함하는 조명 소스.
  13. 기판 상의 타겟 구조체를 측정하는 검사 장치에 있어서,
    고조파 방사선을 발생시키는 제 12 항에 따른 조명 소스; 및
    상기 타겟 구조체에 의해 산란되는 고조파 방사선을 수용하는 감지 요소
    를 포함하는 검사 장치.
  14. 제 1 가스의 개수 밀도 프로파일이 제 2 가스에 의해 변경되는 방식으로, 적어도 제 1 가스를 방출하도록 작동가능한 제 1 가스 전달 요소 및 제 2 가스를 방출하도록 작동가능한 제 2 가스 전달 요소를 포함하는, 조명 소스에서 사용하기 위한 가스 전달 시스템.
  15. 고조파 방사선을 발생시키는 조명 소스에 있어서,
    상기 고조파 방사선을 발생시키기 위해, 고조파 생성 가스 매질에 펌프 방사선을 방출하여 펌프 방사선 상호작용 구역 내에서 상기 고조파 생성 가스 매질을 여기(excite)시키도록 작동가능한 펌프 방사선 소스; 및
    상기 고조파 생성 가스 매질에 이온화 방사선을 방출하여 상기 펌프 방사선 상호작용 구역과 상기 조명 소스의 광학 출력부 사이의 이온화 구역에서 상기 가스를 이온화하도록 작동가능한 이온화 방사선 소스
    를 포함하는 조명 소스.
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