KR20210114449A - Euv 방사선원 및 관련된 방법 - Google Patents

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빌헬무스 우바치스
오스카르 오레스터 페르솔라토
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

레이저 생성 플라즈마형 EUV 방사선원으로서, 연료 액적을 생성하도록 구성된 연료 방출기; 및 플라즈마 형성 영역에서 상기 연료 액적을 플라즈마로 변환시키기 위해 방사선으로 상기 연료 액적을 조사하도록 구성된 레이저 시스템을 포함하고; 상기 레이저 시스템은: 제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저; 및 상기 제 1 파장의 방사선을 수광하고, 방사선 변환 영역에서 비선형 광학 프로세스를 사용하여 제 2 파장의 방사선을 생성하고, 상기 제 2 파장의 방사선을 상기 플라즈마 형성 영역에 전달하도록 구성된 비선형 매질을 포함하고; 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 긴, EUV 방사선원.

Description

EUV 방사선원 및 관련된 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 1월 15일에 출원된 유럽 출원 제 19151860.4 호 및 2019년 3월 22에 출원된 유럽 출원 제 19164608.2 호의 우선권을 주장한다. 두 출원은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.
본 발명은 레이저 생성 플라즈마형의 극자외선 방사선원 및 관련된 방법에 관한 것이다. 극자외선 방사선원은 리소그래피 시스템의 일부를 형성할 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 인가하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들면, 기판 상에 제공된 방사선 감응성 재료(레지스트) 층 상에 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)에서 패턴을 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처(feature)의 최소 크기를 결정한다. 4-20 nm 범위 내, 예를 들면, 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는 (예를 들면, 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용할 수 있는) 종래의 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하는데 사용될 수 있다.
공지된 유형의 EUV 방사선원 중 하나는 레이저 방사선을 연료 액적을 향하게 한다. 이는 연료 액적을 EUV 방사선 방출 플라즈마로 변환시킨다. 이러한 유형의 방사선원은 LPP 소스(laser-produced plasma source)으로 부를 수 있다. 공지의 LPP 소스은 변환 효율이 낮다는 문제가 있다. 즉, 출력하는 EUV 방사선의 파워가 연료 액적에 입사되는 레이저 방사선의 파워 중 적은 부분이다.
종래의 LPP 방사선원보다 효율이 더 우수하고 종래의 LPP 방사선원관 관련된 일부의 다른 단점들을 극복하는 EUV 방사선원을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 레이저 생성 플라즈마(LPP)형 EUV 방사선원으로서, 연료 액적을 생성하도록 구성된 연료 방출기; 및 플라즈마 형성 영역에서 상기 연료 액적을 플라즈마로 변환시키기 위해 방사선으로 상기 연료 액적을 조사하도록 구성된 레이저 시스템을 포함하고; 상기 레이저 시스템은: 제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저; 및 상기 제 1 파장의 방사선을 수광하고, 방사선 변환 영역에서 비선형 광학 프로세스를 사용하여 제 2 파장의 방사선을 생성하고, 상기 제 2 파장의 방사선을 상기 플라즈마 형성 영역에 전달하도록 구성된 비선형 매질을 포함하고; 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 긴, EUV 방사선원이 제공된다.
종래의 LPP 방사선원은 변환 효율이 낮다. 변환 효율은 부분적으로 연료 액적을 조사하는데 사용되는 레이저 방사선의 파장에 의존한다. 제 2 파장의 방사선의 생성은 종래의 광원에 비해 연료 액적을 조사하는 데에 상이한 파장이 사용될 수 있게 한다. 제 2 파장은 EUV 방사선원의 변환 효율을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
제 2 파장은 추가의 이점을 가질 수 있다. 예를 들면, 종래의 레이저 광원으로부터의 방사선은 연료 액적에서 반사될 수 있다. 반사된 방사선은 레이저 시스템 및 기타 장치에 손상을 줄 수 있다. 제 2 파장은 연료 액적으로부터의 반사를 최소화하도록 선택될 수 있다. 반사가 감소되면 손상의 위험을 저감하는데 유리하다. 반사가 감소되면 또한 반사에 의해 손실되는 광 파워의 양이 감소하고, EUV 방사선원의 변환 효율이 더 증가하므로 유리하다.
레이저 시스템과 관련된 레이저는 YAG 기반의 레이저, 예를 들면, Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 포함할 수 있다. YAG 기반의 레이저는 종래의 레이저, 예를 들면, CO2 레이저보다 약 5배 높은 월 플러그(wall-plug) 효율을 가지므로 종래의 레이저에 비해 유리하다. 즉, 전력으로 급전되면, 이것은 전력의 대부분을 광학 파워로 변환시킨다. YAG 기반의 레이저는 또한 종래의 레이저, 예를 들면, CO2 레이저보다 작은 설치면적을 가지므로 유리하다. 즉, 이것은 다른 종래의 레이저 시스템보다 플로워 공간을 적게 차지하고, 이는 공간 및/또는 수송 및/또는 비용에 유익할 수 있다. YAG 기반의 레이저는 또한 높은 반복률(10 - 100 kHz 범위, 예를 들면, 50 kHz)에서 높은 에너지 펄스(0.1 - 10 J/펄스 범위, 예를 들면, 1 J/펄스를 초과함)를 제공할 수 있으므로 유익하다. YAG 기반의 레이저는 약 1.0 마이크론의 방사선을 방출할 수 있다. 예를 들면, Nd:YAG 레이저는 약 1.06 마이크론을 방출할 수 있고, Yb:YAG 레이저는 약 1.03 마이크론을 방출할 수 있다. 대안적으로, 홀뮴 도핑된 YAG(Ho:YAG) 레이저는 약 2.10 마이크론을 방출하고, 툴륨 도핑된 YAG(Tm:YAG) 레이저는 약 2.00 마이크론을 방출할 수 있다. 그러나, Nd:YAG 및 Yb:YAG 레이저는 Ho:YAG 및 Tm:YAG 레이저보다 높은 파워를 제공할 수 있으므로 유리할 수 있다.
레이저 시스템은 1.4 - 12 마이크론 범위의 제 2 파장을 구비한 방사선을 생성할 수 있다. 예를 들면, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Nd:YAG 레이저는 약 1.54 마이크론의 방사선을 생성한다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Yb:YAG 레이저는 약 1.47 마이크론의 방사선을 생성한다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Ho:YAG 레이저는 약 5.41 마이크론의 방사선을 생성한다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Yb:YAG 레이저는 약 11.85 마이크론의 방사선을 생성한다.
레이저 시스템은 1.4 - 2.4 마이크론 범위의 제 2 파장을 구비한 방사선을 생성할 수 있다.
레이저 시스템은 1.9 - 2.4 마이크론 범위의 제 2 파장을 구비한 방사선을 생성할 수 있다. 예를 들면, KTP 결정을 포함하는 광학 파라미터 발진기와 조합된 Nd:YAG 레이저는 1.9 내지 2.4 마이크론 범위의 조정가능한 방사선을 생성할 수 있다.
레이저 시스템은 1.4 - 2 마이크론 범위의 제 2 파장을 구비한 방사선을 생성할 수 있다. 예를 들면, 가스상 수소 비선형 매질과 조합된 Yb:YAG 레이저는 약 1.80 마이크론의 방사선을 생성한다. 대안적으로, 가스상 수소 비선형 매질과 조합된 Nd:YAG 레이저는 약 1.91 마이크론의 방사선을 생성한다. 이들 실시형태에서 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 사용하면 높은 파워의 유리한 제 2 파장의 생성이 가능하다.
다른 실시형태에서, 레이저 시스템에서 약 1.91 마이크론의 제 2 파장의 방사선을 생성할 수 있다. 이 파장 변환 효율을 개선하기 위해 유익하며, 높은 파워로 제공될 수 있다.
연료 액적은 제 2 파장의 방사선에 의해서만 조사될 수 있다. 대안적으로, 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선의 둘 모두를 사용하여 연료 액적을 조사할 수 있다. 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선의 둘 모두를 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
비선형 매질은 라만 활성 재료(Raman-active material)를 포함할 수 있다. 비선형 광학 프로세스 유도형 라만 산란(SRS)일 수 있다. SRS는 입사하는 제 1 파장의 방사선을 더 긴 제 2 파장의 방사선으로 변환시킨다. SRS는 더 긴 제 2 파장의 방사선을 제공할 수 있다.
비선형 매질은 가스, 예를 들면, 수소 또는 메탄을 포함할 수 있다. 가스는 대기압보다 높은 압력으로, 예를 들면, 3 - 10 bar 범위로 가압될 수 있다.
EUV 리소그래피의 경우, 더 많은 에너지가 더 짧은 시간 내에 기판에 부여됨으로써 더 높은 처리능력을 가능하게 하므로 EUV 펄스의 높은 반복률이 유리하다. 따라서 높은 반복률(10 - 100 kHz 범위, 높은 반복률50 kHz)을 유지할 수 있는 EUV 방사선원을 제공하는 것이 유익하다. 펄스형 레이저 광이 종래에 EUV 방사선의 LPP 생성에서 사용된다. EUV 광원에서 레이저 방사선의 펄스와 관련된 높은 강도는 방사선 변환 영역에서의 이온화로 이어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 가스 흐름 시스템이 제공된다. 가스 흐름 시스템은 방사선 변환 영역에서 이온화 가스를 비이온화 가스로 치환하도록 구성될 수 있다.
가스 흐름 시스템은 가스 유로 및 이 가스 유로의 주위에서 가스를 순환시키기 위한 펌프를 포함할 수 있다. 이 순환은 이온화 가스를 촉진하여 방사선 변환 영역으로부터 벗어나게 하고 비이온화 가스를 방사선 변환 영역 내로 촉진한다.
이 레이저 시스템은 광학 파라미터 발진기(OPO)을 더 포함할 수 있다. OPO는 비선형 매질을 포함할 수 있다. 비선형 매질은 비선형 결정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 비선형 매질은 포타슘 티타닐 비산염(KTA), 포타슘 티타닐 인산염(KTP), 바륨 붕산염(BBO) 또는 리튬 나이오븀산염(LN), 주기적으로 분극된 KTP(PPKPT), 주기적으로 분극된 LN(PPLN), 루비듐 도핑된 KTP(RKTP), 또는 주기적으로 분극된 루비듐 도핑된 KTP(PPRKTP) 중 하나를 포함할 수 있다. 비선형 결정을 사용하면 효율적으로 냉각될 수 있으므로 높은 파워 확장성(scalability)이 가능해진다. 따라서, 비선형 결정을 사용하여 높은 펄스 반복률에서 변환을 달성할 수 있다. OPO는 광 공진기를 더 포함할 수 있다. 비선형 광학 프로세스는 2차 비선형 광학 상호작용일 수 있다. OPO는 제 1 파장의 방사선을 더 긴 제 2 파장의 출력 방사선으로 변환시킬 수 있다. OPO는 더 긴 제 2 파장의 방사선을 제공할 수 있다. 출력 방사선 파워는 조정가능할 수 있다. 예를 들면, KTP 결정을 포함하는 OPO와 조합된 Nd:YAG 레이저는 1.9 내지 2.4 마이크론 범위로 조정가능한 제 2 파장의 출력 방사선을 생성할 수 있다. 1.9 내지 2.4 마이크론 범위의 제 2 파장은 LPP에 의한 EUV 방사선의 효율적인 생성에 유익할 수 있다.
OPO는 또한 방사선 변환 영역에서 제 3 파장의 방사선을 생성할 수 있다. 제 3 파장은 제 2 파장과 동일한 파장일 수 있고, 예를 들면, KTP 결정을 포함하는 OPO와 조합된 Nd:YAG 레이저를 사용하는 것은 둘 모두 약 2.1 마이크론인 제 2 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선을 생성하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 제 2 파장과 제 3 파장은 상이한 값을 가질 수 있다.
연료 액적은 제 3 파장의 방사선에 의해 조사될 수도 있다. 제 2 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선에 더하여 제 3 파장의 방사선을 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
EUV 방사선원은 제 2 파장의 방사선 또는 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 증폭하기 위한 광학 파라미터 증폭기를 더 포함할 수 있다. 광학 파라미터 증폭기는 펌프 방사선(pump radiation)을 사용하여 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선을 증폭하도록 구성될 수 있다. 펌프 방사선은 제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저에 의해 제공될 수 있다. 즉, 펌프 방사선은 제 1 파장과 동일한 파장을 가질 수 있다. 펌프 방사선은 별개의 소스에 의해 제공될 수 있다. 즉, 레이저 시스템은 제 2 레이저를 포함할 수 있다. 펌프 방사선은 제 1 파장과 다른 제 4 파장을 가질 수 있다. 연료 액적은 제 4 파장의 방사선에 의해 조사될 수도 있다. 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선에 더하여 제 4 파장의 방사선을 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
EUV 방사선원은 방사선 변환 영역 후의 지연 스테이지를 더 포함할 수 있다. 지연 스테이지는 플라즈마 형성 영역에서 방사선의 적어도 일부의 도착을 지연시키도록 구성될 수 있다. 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선은 지연 스테이지를 통과할 수 있다. 지연 스테이지는 플라즈마 형성 영역에 도착하는 방사선의 시간적 펄스 길이를 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 2 파장의 방사선에 대한 제 3 파장의 방사선의 도착을 지연시킴으로써, 플라즈마 형성 영역에 도착하는 방사선의 시간적 펄스 길이를 증가시킬 수 있다. 시간적 펄스 길이는 방사선의 펄스의 지속시간의 척도이다. 시간적 펄스 길이가 더 길면 플라즈마 형성 영역에서 EUV 변환 효율에 유리할 수 있다.
플라즈마 형성 영역에 도착하는 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선은 메인 펄스(main pulse)로서, 즉 EUV 방사선 형성을 위한 단일 펄스로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 형성 영역에 도착하는 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선은 추가의 방사선 펄스, 예를 들면, 프리 펄스(pre-pulse)와 조합하여 메인 펄스로서 사용되어 이 메인 펄스가 도착하기 전에 연료 액적을 변형시킬 수 있다. 프리 펄스는 더 효율적인 EUV 생성을 위해 연료 액적을 최적으로 성형할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에서는 제 1 양태에 따른 EUV 방사선원을 포함하는 리소그래피 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에서, EUV 방사선을 생성하는 방법으로서, 제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저를 제공하는 것; 비선형 매질을 제공하는 것; 방사선 변환 영역에서 비선형 광학 프로세스에 의해 제 2 파장의 방사선이 생성되도록 상기 비선형 매질에 상기 제 1 파장의 방사선을 지향시키는 것 - 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 김 -; 플라즈마 형성 영역에 연료 액적을 제공하는 것; 상기 플라즈마 형성 영역에 상기 제 2 파장의 방사선을 지향시키는 것; 및 상기 제 2 파장의 방사선으로 상기 플라즈마 형성 영역 내에서 상기 연료 액적을 조사하여 상기 연료 액적을 플라즈마로 변환시키는 것을 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법이 제공된다.
이 방법은 YAG 기반의 레이저, 예를 들면,Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 이용하여 제 1 파장의 방사선을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.
이 방법은 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함할 수 있고, 여기서 제 2 파장은 1.4 내지 12 마이크론 범위에 있다. 예를 들면, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Nd:YAG 레이저를 사용하면 약 1.54 마이크론의 방사선이 생성된다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Yb:YAG 레이저는 약 1.47 마이크론의 방사선을 생성한다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Ho:YAG 레이저를 사용하면 약 5.41 마이크론의 방사선이 생성된다. 대안적으로, 가스상 메탄 비선형 매질과 조합된 Tm:YAG 레이저를 사용하면 약 11.85 마이크론의 방사선이 생성된다.
이 방법은 1.4 - 2.4 마이크론 범위의 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함할 수 있다.
이 방법은 1.9 - 2.4 마이크론 범위의 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, KTP 결정을 포함하는 광학 파라미터 발진기와 조합된 Nd:YAG 레이저는 1.9 내지 2.4 마이크론 범위의 조정가능한 방사선을 생성할 수 있다.
이 방법은 제 2 파장의 방사선을 제공하는 것을 더 포함할 수 있고, 여기서 제 2 파장은 1.4 내지 2 마이크론 범위에 있다. 예를 들면, 가스상 수소 비선형 매질과 조합된 Yb:YAG 레이저를 사용하면 약 1.80 마이크론의 방사선이 생성된다. 대안적으로, 가스상 수소 비선형 매질과 조합된 Nd:YAG 레이저를 사용하면 약 1.91 마이크론의 방사선이 생성된다. 이들 실시형태에서 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 사용하는 방법은 높은 파워의 유리한 제 2 파장의 생성을 가능하게 한다.
다른 실시형태에서, 이 방법은 약 1.9 마이크론의 제 2 파장의 방사선을 생성한다. 이는 높은 파워의 유리한 제 2 파장을 생성한다.
이 방법은 제 2 파장의 방사선에 의해서만 연료 액적을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이 방법은 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선의 둘 모두에 의해 연료 액적을 조사하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선의 둘 모두를 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
이 방법은 라만 활성인 비선형 매질을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 방법은 제 2 파장의 방사선을 생성하기 위해 SRS를 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
이 방법은 가스상, 예를 들면, 수소 또는 메탄인 비선형 매질을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 방법은 대기압을 초과하여 가스를 가압하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 이 방법은 가스 흐름 수단을 제공함으로써 방사선 변환 영역 내에서 이온화 가스를 비이온화 가스로 치환하는 것을 더 포함한다.
이 방법은 가스 흐름을 제공하기 위해 펌프를 사용하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 방법은 가스 유로의 주위에서 가스 흐름을 촉진하는 것을 더 포함할 수 있다.
이 방법은 방사선 변환 영역을 가로지르는 층류 가스 흐름을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 층류 가스 흐름을 제공하면 이것이 가스의 굴절률 변화를 방지하므로 유리하다. 굴절률 변화는 가스를 통과하는 방사선의 전파에 악영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 층류는 가스 유로를 테이퍼로 성형함으로써 또는 가스 흐름이 난류가 발생하는 속도 미만으로 유지하도록 가스 흐름 속도를 조절함으로써 제공될 수 있다.
이 방법은 광학 파라미터 발진기(OPO)를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. OPO는 비선형 매질을 포함할 수 있다. 비선형 매질은 비선형 결정일 수 있다. 예를 들면, 비선형 매질은 포타슘 티타닐 비산염(KTA), 포타슘 티타닐 인산염(KTP), 바륨 붕산염(BBO) 또는 리튬 나이오븀산염(LN), 주기적으로 분극된 KTP(PPKPT), 주기적으로 분극된 LN(PPLN), 루비듐 도핑된 KTP(RKTP), 또는 주기적으로 분극된 루비듐 도핑된 KTP(PPRKTP) 중 하나를 포함할 수 있다. OPO는 광 공진기를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 비선형 프로세스로서 2차 비선형 광학 상호작용을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다. OPO를 사용하여 제 1 파장의 입력 방사선을 더 긴 제 2 파장의 출력 방사선으로 변환할 수 있다. 출력 방사선 파워는 조정가능할 수 있다. 예를 들면, KTP 결정과 조합된 Nd:YAG 레이저는 1.9 내지 2.4 마이크론 범위로 조정가능한 제 2 파장의 출력 방사선을 생성할 수 있다.
이 방법은 또한 방사선 변환 영역에서 제 3 파장의 방사선을 생성하도록 OPO를 사용하는 것을 더 포함할 수 있다. 제 3 파장은 제 2 파장과 동일한 파장일 수 있고, 예를 들면, KTP 결정과 조합된 Nd:YAG 레이저를 사용하는 것은 둘 모두 약 2.1 마이크론인 제 2 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선을 생성하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 제 2 파장과 제 3 파장은 상이한 값을 가질 수 있다.
이 방법은 제 3 파장의 방사선에 의해 연료 액적을 조사하는 것을 더 포함할 수 있다. 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선에 더하여 제 3 파장의 방사선을 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
비 방법은 광학 파라미터 증폭기(OPA)를 사용하여 제 2 파장의 방사선 또는 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 증폭시키는 것을 더 포함할 수 있다. 이 방법은 펌프 방사선을 사용하여 방사선의 증폭을 구동하는 것을 더 포함할 수 있다. 펌프 방사선은 제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저에 의해 제공될 수 있다. 즉, 펌프 방사선은 제 1 파장과 동일한 파장을 가질 수 있다. 펌프 방사선은 별개의 소스에 의해 제공될 수 있다. 레이저 시스템은 제 2 레이저를 포함할 수 있다. 펌프 방사선은 제 1 파장과 다른 제 4 파장을 가질 수 있다. 이 방법은 제 4 파장의 방사선에 의해 연료 액적을 조사하는 것을 더 포함할 수 있다. 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선에 더하여 제 4 파장의 방사선을 사용하면 이용가능한 모든 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사하므로 유리할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
이 방법은 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선 또는 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 방사선 변환 영역 후의 지연 스테이지를 통과시키는 것을 더 포함할 수 있다. 지연 스테이지는 플라즈마 형성 영역에서 방사선의 적어도 일부의 도착을 지연시키도록 구성될 수 있다. 지연 스테이지는 플라즈마 형성 영역에 도착하는 방사선의 시간적 펄스 길이를 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 2 파장의 방사선에 대한 제 3 파장의 방사선의 도착을 지연시킴으로써, 플라즈마 형성 영역에 도착하는 방사선의 시간적 펄스 길이를 증가시킬 수 있다. 시간적 펄스 길이는 방사선의 펄스의 지속시간의 척도이다. 시간적 펄스 길이가 더 길면 플라즈마 형성 영역에서 EUV 변환 효율에 유리할 수 있다.
이 방법은 메인 펄스로서, 즉 플라즈마 형성 영역에서 EUV 방사선 형성을 위한 단일 펄스로서 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 이 방법은 추가의 방사선 펄스, 예를 들면, 프리펄스와 조합하여 메인 펄스로서 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선을 사용하여 메인 펄스의 도착 전에 연료 액적을 변형시키는 것을 더 포함할 수 있다. 프리 펄스는 더 효율적인 EUV 생성을 위해 연료 액적을 최적으로 성형할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 위의 방법들 중 임의의 방법에 따라 생성된 EUV 방사선을 사용하여 EUV 리소그래피를 수행하는 것을 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 위에서 설명한 양태의 특징들 중 임의의 것은 적절한 경우에 본 발명의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이하, 첨부한 개략도를 참조하여 단지 예시로서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리소그래피 장치, 및 레이저 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시하고;
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 구현형태에 따른 레이저 시스템을 도시하고;
도 3은 라만 산란의 개략도이고;
도 4는 제 2 파장의 방사선의 생성 효율을 향상시키기 위한 가스 흐름 시스템을 도시하고;
도 5는 도 4의 가스 흐름 시스템의 일부를 상세히 도시하고;
도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 구현형태에 따른 레이저 시스템을 도시하고;
도 6은 본 발명의 예시적인 제 3 구현형태에 따른 레이저 시스템을 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방사선원(SO) 및 리소그래피 장치(LA)를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시한다. 방사선원(SO)은 극자외선(EUV) 방사 빔(B)을 생성하도록 구성된다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(MA)(예를 들면, 마스크)를 지지하도록 구성된 지지 구조물(MT), 투영 시스템(PS), 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함한다. 조명 시스템(IL)은 방사 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사되기 전에 방사 빔(B)을 조정하도록 구성된다. 투영 시스템은 기판(W) 상에 (마스크(MA)에 의해 패터닝된) 방사 빔(B')을 투영하도록 구성된다. 기판(W)은 이전에 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이것에 해당하는 경우, 리소그래피 장치는 패턴화된 방사 빔(B')을 기판(W) 상에 이전에 형성된 패턴과 정렬시킨다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방사선원(SO)은 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스라고 부를 수 있는 유형이다. 방사선원(SO)은 적어도 하나의 레이저 빔(2)을 제공하는 적어도 하나의 레이저 시스템(1)을 포함한다. 적어도 하나의 빔은 연료 방출기(3)로부터 제공되는 주석(Sn)과 같은 연료 상에 입사된다. 이하의 설명에서 주석이 언급되었으나, 임의의 적절한 연료가 사용될 수 있다. 연료는, 예를 들면, 액체 형태일 수 있고, 예를 들면, 금속 또는 합금일 수 있다. 연료 방출기(3)는 플라즈마 형성 영역(4)을 향하는 궤적을 따라 주석(예를 들면, 액적 형태)을 지향하도록 구성된 노즐을 포함할 수 있다.
레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)에서 주석에 입사된다. 플라즈마 형성 영역(4)에서 주석 내에 레이저 에너지가 퇴적되면 주석 플라즈마(7)가 생성된다. 전자의 탈여기(de-excitation) 및 플라즈마 이온과의 재결합 중에 EUV 방사선을 포함하는 방사선이 플라즈마(7)로부터 방출된다.
플라즈마로부터 방출되는 EUV 방사선은 스펙트럼 프로파일을 갖는다. 예를 들면, EUV 방사 빔(B)을 구성하는 EUV 광자는 어떤 범위의 에너지를 가질 수 있다. 에너지의 범위는 레이저 광원(1)으로부터의 적어도 하나의 레이저 빔(2)의 특성에 의해 영향을 받을 수 있다. 사용자의 요구에 따라 방출된 EUV 방사선의 스펙트럼 프로파일을 최적화하는 것이 유익하다. 따라서 레이저 광원(1)으로부터의 적어도 하나의 레이저 빔(2)의 특성을 최적화하는 것이 유익하다. 예를 들면, 좁은 스펙트럼 프로파일로서도 알려져 있는 좁은 범위의 에너지가 EUV 리소그래피에서 바람직할 수 있다. 이것은 13.5 nm 이외의 파장의 방사선은 EUV 리소그래피에 효과가 없고, 따라서 에너지 손실에 해당하기 때문이다. 13.5 nm 이외의 파장의 방사선은 방사 빔(B)으로부터 제거될 수 있다. 13.5 nm 이외의 파장의 방출은 '대역외' 방출로서도 알려져 있을 수 있다. 특히 LPP 프로세스의 변환 효율을 상승시키기 위해 대역외 방출을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
종래의 레이저 광원, 예를 들면, CO2 레이저는 약 10 마이크론의 방사선을 생성한다. 이 파장의 방사선은 플라즈마 내에 깊게 침투하지 않으므로 좁은 스펙트럼 프로파일로서도 알려져 있는 좁은 범위의 EUV 광자 에너지를 생성한다. 그러나, 이 파장의 방사선은 연료 액적으로부터의 반사를 경험한다. 예를 들면, 주석 액적을 사용하는 경우, 방사선의 약 30%가 반사될 수 있다. 반사된 방사선은 레이저 빔(2)으로부터의 에너지가 연료 액적에 의해 완전히 흡수되지 않고, 따라서 EUV 방사선으로 완전히 변환되지 않은 것을 의미한다. 반사된 방사선은 입력 파워의 손실 및 이에 따른 변환 효율의 저하를 의미한다. 반사는 고에너지 방사선이 게이트 시스템(1) 또는 기타 장치로 되돌아가는 것에 기인되어 설비를 손상시킬 수도 있다. 연료 액적으로부터의 레이저 방사선의 반사를 저감하는 것이 바람직하다.
약 1 마이크론 파장의 방사선에서 일반적인 연료 액적으로부터의 반사는 무시할 수 있다. 예를 들면, 주석 액적을 사용하는 경우, 방사선의 약 0%가 반사될 수 있다. 그러나, 1 마이크론 방사선은 10 마이크론 방사선보다 연료 플라즈마 내로 더 깊이 침투한다. 더 깊이 침투하면 플라즈마 내의 밀도 및 이에 따라 더 깊은 광학적 깊이로 인해 광범위한 EUV 에너지가 생성될 수 있다. 스펙트럼 프로파일이 좁은 13.5 nm의 EUV 방사선, 예를 들면, 13.5 nm의 1% 이내의 파장의 방사선이 바람직하다. 다른 에너지의 방사선('대역외' 방사선으로도 알려져 있음)은 후속의 EUV 리소그래피 프로세스에는 사용되지 않으며, 출력 파워의 손실을 의미한다. 대역외 방사선에 의해 변환 효율이 저하된다. 대역외 방사선을 감소시키는 것이 바람직하다.
1 마이크론 및 10 마이크론 이외의 중간 파장은 반사율과 대역외 방사선 사이의 유리한 타협점을 형성한다. 본 발명은 EUV 방사선원에서 사용하기 위한 중간 파장의 생성을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방사선원(SO)은 레이저(30) 및 비선형 매질(32)을 포함하는 레이저 시스템(1)을 포함한다. 레이저(30)는 제 1 파장의 방사선(26)을 방출하고 이것을 비선형 매질(32)에 전달하도록 구성된다. 비선형 매질(32)은 제 1 파장의 방사선(26)을 수광하고 이것을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시키도록 구성되며, 여기서 제 2 파장은 제 1 파장보다 길다. 레이저(30)는 펄스형 레이저이다.
레이저(30)는 이트륨-알루미늄-가넷(YAG) 기반의 레이저를 포함할 수 있다. YAG는 결정질 재료이고, 다른 재료로 도핑되면 고체 상태 레이저를 위한 레이저 매질(lasing medium)로서 사용될 수 있다. 이러한 도핑 재료는 네오디뮴 및 이터븀을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. YAG을 포함하는 레이저 매질을 사용하는 고체 상태 레이저는 YAG 기반의 레이저로 알려져 있을 수 있다. YAG 기반의 레이저는 높은 반복률(약 50 kHz 이상)의 고에너지 펄스(1 J/펄스 초과)를 제공할 수 있다. YAG 기반의 레이저는 더 많은 전력을 광 파워로 변환시키는 높은 월 플러그 효율을 가지므로 CO2 레이저보다 유리하다. YAG 기반의 레이저는 또한 CO2 레이저보다 적은 점유면적을 가지므로, 즉 공간 및/또는 수송 및/또는 비용을 위해 유익할 수 있는 더 적은 점유 공간을 차지하므로 유리하다.
레이저(30)는 네오디뮴 도핑된 YAG(Nd:YAG) 레이저 또는 이터븀 도핑된 YAG(Yb:YAG) 레이저를 포함할 수 있다. YAG 기반의 레이저는 약 1.0 마이크론의 파장으로 방출될 수 있다. 예를 들면, Nd:YAG 레이저는 약 1.06 마이크론의 파장으로 방출되고, Yb:YAG 레이저는 약 1.03 마이크론의 파장으로 방출된다. 그러나, 다양한 방출 파장을 갖는 다양한 YAG 레이저가 사용될 수 있다. 예를 들면, 홀뮴 도핑된 YAG(Ho:YAG) 및 툴륨 도핑된 YAG(Tm:YAG)는 각각 2.10 마이크론 및 2.00 마이크론으로 방출된다. 그러나, Yb:YAG 및 Nd:YAG 레이저는 Ho:YAG 및 Tm:YAG 레이저보다 큰 파워를 제공하는 경향이 있으므로 더 유리할 수 있다.
제 1 파장의 방사선(26)이 레이저(30)에 의해 방출되고, 비선형 매질(32)에 의해 수광된다. 비선형 매질(32) 내의 방사선은 비선형 프로세스에 의해 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환된다. 비선형 프로세스는 유도형 라만 산란일 수 있다. 이것을 아래에서 도 3을 참조하여 더 상세히 설명한다.
방사선은 비선형 매질(32)로부터 나와서 레이저 빔(2)을 구성한다. 이 레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)으로 지향되어 EUV 방사선을 형성한다.
비선형 프로세스는 모든 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시킬 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(2)은 제 2 파장의 방사선(28)으로 이루어진다. 비선형 프로세스는 제 1 파장의 방사선(26)의 일부만을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 형성 영역(4)에 입사하는 레이저 빔(2)은 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 1 파장의 방사선(26)은, 예를 들면, 필터 또는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 사용하여 제거될 수 있으므로 레이저 빔(2)이 플라즈마 형성 영역(4)에 입사될 때 이것은 존재하지 않는다.
플라즈마에 의해 방출된 EUV 방사선은 컬렉터(5)에 의해 수집되고 집속된다. 컬렉터(5)는, 예를 들면, 거의 법선 입사 방사선 컬렉터(5)(보다 일반적으로는 법선 입사 방사선 컬렉터로 부르기도 함)를 포함한다. 컬렉터(5)는 EUV 방사선(예를 들면, 13.5 nm 등의 원하는 파장을 갖는 EUV 방사선)을 반사하도록 배치된 다층 미러 구조를 가질 수 있다. 컬렉터(5)는 2 개의 초점을 갖는 타원체 구성을 가질 수 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이 초점들 중 제 1 초점은 플라즈마 형성 영역(4)에 있을 수 있고, 초점들 중 제 2 초점은 중간 초점(6)에 있을 수 있다.
컬렉터(5)에 의해 반사된 방사선은 EUV 방사 빔(B)을 형성한다. EUV 방사 빔(B)은 중간 초점(6)에 집속되어 플라즈마 형성 영역(4)에 존재하는 플라즈마의 중간 초점(6)에 이미지를 형성한다. 중간 초점(6)의 이미지는 조명 시스템(IL)의 가상 방사선원의 역할을 한다. 방사선원(SO)은 중간 초점(6)이 방사선원(SO)의 주위 구조(9)의 개구부(8)에 또는 그 부근에 위치하도록 배치된다. 방사선원(SO)의 주위 구조(9)는 플라즈마 형성 영역(4), 연료 방출기(3) 및 컬렉터(5)를 포함한다.
레이저 시스템(1)은 방사선원(SO)의 주위 구조(9)로부터 공간적으로 분리될 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(2)은 레이저 빔(2)은, 예를 들면, 적절한 지향성 미러 및/또는 빔 확장기, 및/또는 기타 광학장치를 포함하는 빔 전달 시스템(미도시)을 사용하여 레이저 시스템(1)으로부터 주위 구조(9)로 진행할 수 있다.
방사 빔(B)은 방사선원(SO)으로부터 방사 빔을 조정하도록 구성된 조명 시스템(IL) 내로 들어간다. 조명 시스템(IL)은 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)를 포함할 수 있다. 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 원하는 단면 형상 및 원하는 각 강도 분포(angular intensity distribution)를 갖는 방사 빔(B)을 제공한다. 방사 빔(B)은 조명 시스템(IL)으로부터 진행하여 지지 구조(MT)에 의해 유지된 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사된다. 패터닝 디바이스(MA)는 방사 빔(B)을 반사하고 패턴화한다. 조명 시스템(IL)은 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)에 더하여 또는 그 대신으로 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스(MA)로부터 반사에 이어서, 패턴화된 방사 빔(B)은 투영 시스템(PS)에 들어간다. 투영 시스템은 방사 빔(B)을 기판 테이블(WT)에 의해 유지된 기판(W) 상에 투영하도록 구성된 복수의 미러(13, 14)를 포함한다. 투영 시스템(PS)은 방사 빔에 축소 계수를 적용함으로써 패터닝 디바이스(MA) 상의 대응하는 피처보다 작은 피처를 구비한 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들면, 감소 인자 4가 적용될 수 있다. 도 1에서는 투영 시스템(PS)이 2 개의 미러(13, 14)를 가지지만, 이 투영 시스템은 임의의 수의 미러(예를 들면, 6 개의 미러)를 포함할 수 있다.
방사선원(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)은 모두 외부 환경으로부터 격리될 수 있도록 구성 및 배치될 수 있다. 대기압 미만의 압력의 가스(예를 들면, 수소)가 방사선원(SO)의 주위 구조(9)에 제공될 수 있다. 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 진공이 제공될 수 있다. 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 대기압보다 훨씬 낮은 압력의 소량의 가스(예를 들면, 수소)가 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 방사선원(SO)은 도시되지 않은 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 분광 필터가 방사선 소스에 제공될 수 있다. 분광 필터는 EUV 방사선에 대해 실질적으로 투과성일 수 있으나, 적외선 방사선과 같은 기타 파장의 방사선에 대해서는 실질적으로 차단성일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 시스템(1)의 일부를 도시한다. 이 레이저 시스템(1)은 제 1 파장의 방사선(26)을 방출하도록 구성된 레이저(30) 및 방사선이 통과할 수 있는 비선형 매질(32)을 포함한다.
비선형 매질은 전자기 방사선에 비선형적으로 응답하는 광학 특성, 예를 들면, 유전 분극을 갖는다. 즉, 비선형 매질은 종래의 매질(예를 들면, 투명 매질)과 다르게 전자기 방사선에 응답한다. 전자기 방사선에 응답하여, 비선형 프로세스는 파장, 분극 또는 진행 방향과 같은 방사선의 특성의 변화를 초래할 수 있는 비선형 재료 내에서 발생할 수 있다. 본 발명은 비선형 매질에서 파장의 변화를 이용하여 제 1 파장의 방사선(26)으로부터 제 2 파장의 방사선(28)을 생성한다.
제 1 파장의 방사선(26)은 레이저(30)에 의해 제공된다. 제 1 파장의 방사선(26)은 방사선 변환 영역(44)에서 비선형 매질(32)과 상호작용하고, 비선형 프로세스를 통해 제 2 파장의 방사선(28)을 생성한다. 제 2 파장은 제 1 파장보다 길다. 비선형 프로세스에 의해 1 마이크론 및 10 마이크론 이외의 파장(예를 들면, 1.4 내지 12 마이크론의 중간 파장)을 생성할 수 있다.
도시된 실시형태에서, 비선형 매질(32)은 하우징(50) 내에 수용된 가스이다. 봉입에 더하여 하우징(50)은, 예를 들면, 비선형 매질(32)을 오염으로부터 보호하는 다른 이점을 가질 수도 있다.
다른 실시형태에서, 레이저(30)는 Nd:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 유도형 라만 산란(SRS)이고, 비선형 매질(32)은 수소 가스이다. 이 실시형태에서, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 1.91 마이크론이다.
이 실시형태에서, 수소 가스는 3 - 10 bar 범위 내에서 가압된다. 많은 비선형 광학 프로세스는 가스 압력에 의존한다. 따라서, 대기압을 초과하는 가스 압력은 방사선 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 가스 압력은 비선형 매질의 이득을 증가시킬 수도 있다. 가스 압력은 방사선의 위상 정합(phase matching)을 개선할 수도 있다. 출원인들에 의해 1 - 20 bar 범위가 적합한 것으로 밝혀졌으나 다른 가스 압력을 사용할 수도 있다. 대안적으로, 가스 압력은 3 - 10 bar 범위일 수 있다. 가스상 비선형 매질을 포함하는 다른 실시형태는 대기압을 초과하는 가스 압력을 사용할 수도 있다.
상이한 실시형태에서, 레이저(30)는 Yb:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 수소 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 1.80 마이크론이다.
상이한 실시형태에서, 레이저는 Nd:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 메탄 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 1.54 마이크론이다.
상이한 실시형태에서, 레이저(30)는 Yb:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 메탄 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 1.47 마이크론이다.
상이한 실시형태에서, 레이저는 Ho:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 메탄 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 5.41 마이크론이다. 약 5.41 마이크론의 방사선은 듀얼 액적(duel droplet)을 조사하기 위해 유익한 파장을 제공할 수 있다. 그러나, Nd:YAG 및 Yb:YAG 레이저가 Ho:YAG 레이저보다 큰 파워를 제공하므로 Ho:YAG 레이저 실시형태는 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 사용하는 위의 실시형태보다 유리하지 않을 수 있다.
상이한 실시형태에서, 레이저는 Tm:YAG 레이저이다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 수소 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 11.85 마이크론이다. 이 실시형태에서, 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 2 개의 펄스 방식으로 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28) 둘 모두로 연료 액적을 조사하는 것이 유익할 수 있다. Nd:YAG 및 Yb:YAG 레이저가 Tm:YAG 레이저보다 큰 파워를 제공하므로 Tm:YAG 레이저 실시형태는 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저를 사용하는 위의 실시형태보다 유리하지 않을 수 있다.
위의 설명으로부터 다양한 제 2 파장을 달성하기 위해 다양한 레이저 및/또는 비선형 매질이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제 2 파장의 원하는 범위는 1.4 내지 12 마이크론이다. 1.4 내지 12 마이크론 범위의 파장을 가진 방사선은 반사율과 대역외 EUV 방출 사이의 타협점을 제공하므로 LPP를 통한 EUV 생성을 위해 유리할 수 있다.
제 2 파장의 원하는 범위는 1.4 내지 2 마이크론으로서 더 정의될 수 있다. 1.4 내지 2 마이크론 범위의 제 2 파장은 Yb:YAG 또는 Nd:YAG 레이저를 사용하여 제공될 수 있으므로 유리하다. 결과적으로, 레이저 시스템은 높은 파워의 1.4 내지 2 마이크론 범위의 제 2 파장의 방사선을 제공할 수 있다. 1.4 내지 2 마이크론 범위의 파장을 가진 방사선은 반사율과 대역외 EUV 방출 사이의 타협점을 제공하므로 LPP를 통한 EUV 생성을 위해 유리할 수 있다.
제공되는 원하는 제 2 파장은 위에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따라 약 1.9 마이크론으로서 더 정의될 수 있다. 이 실시형태는 높은 파워에서 반사율과 대역외 방사선에 관하여 LPP 프로세스의 변환 효율에 유리할 수 있는 제 2 파장을 제공할 수 있다.
비선형 프로세스는 광 강도가 더 높으면 더 강하게 발생한다. 방사선(26)의 유속량(fluence)을 증가시킴으로써 더 높은 강도를 달성할 수 있다. 유속량은 방사선 빔의 단위 면적 당 에너지의 척도이다. 연속파(즉, 펄스형이 아닌) 레이저의 경우, 유속량은 시간과 함께 실질적으로 동일하다. 유속량은 방사선(26)의 강도를 증가시킴으로서 증가될 수 잇다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유속량은 빔의 직경을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 펄스형 방사선에서 유속량은 시간과 함께 변화하므로 피크 유속량으로서도 알려져 있는 얻어진 최대 유속량이 고려될 수 있다. 피크 유속량은 방사선(26)의 강도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 피크 유속량은 빔의 직경을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 피크 유속량은 펄스의 시간적 지속시간을 감소시킴으로써 증가될 수 있다.
빔의 직경은, 예를 들면, 렌즈를 사용하여 빔을 집속시킴으로써 감소될 수 있다. 레이저 시스템(1)은 제 1 파장의 방사선(26)을 집속시키기 위한 렌즈(31)를 포함할 수 있다. 렌즈(31)는 방사선의 빔을 빔 웨이스트(beam waist)로도 알려져 있는 최소 폭으로 집속시킨다. 달성가능한 최소 빔 웨이스트는 광의 파장 및/또는 렌즈의 초점 길이 및/또는 빔 품질 계수에 의존한다. 빔이 실질적으로 집속되는 체적은 초점으로 알려져 있을 수 있다. 초점은 방사선 변환 영역(44)의 일부를 형성할 수 있다. 단일의 렌즈(31)가 도시되어 있으나, 일반적으로 임의의 집속 광학장치를 사용할 수 있다. 대안적으로, 일부의 실시형태에서는 집속 광학장치가 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 방사선 변환 영역(44)에 집속되지 않은 및/또는 확대되지 않은 이미지가 제공되는 것이 유리할 수 있다.
방사선 변환 영역(44)을 나가는 방사선은 방사 빔의 형태이다. 레이저 빔(2)은 방사선 변환 영역을 나가는 방사 빔을 포함한다. 대응하는 렌즈(33)(또는 다른 집속 광학장치)를 배치하여 방사선 변환 영역(44)을 나가는 레이저 빔(2)을 수집할 수 있다. 대응하는 렌즈(33)는 플라즈마 형성 영역(4)을 향하여 전달하기 위해 레이저 빔(2)을 다시 콜리메이팅하거나 다시 집속할 수 있다. 대안적으로, 일부의 실시형태에서는 집속 광학장치가 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 플라즈마 형성 영역(4)에 집속되지 않은 및/또는 확대되지 않은 이미지를 제공하는 것이 유리할 수 있다.
집속 광학장치가 사용되는 실시형태에서, 집속 광학장치(31, 33)는 하우징(50)의 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로, 집속 광학장치(31, 33)는 하우징(50)과 별개일 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 비선형 프로세스는 모든 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시킬 수 있다. 대안적으로, 비선형 프로세스는 제 1 파장의 방사선(26)의 일부를 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시킬 수 있다. 예를 들면, 위의 실시형태에서, SRS가 사용된다. SRS는 제 1 파장의 방사선(26)의 최대 50%를 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환시킬 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(2)은 제 1 파장의 방사선(26)과 제 2 파장의 방사선(28)의 조합이다.
일 실시형태에서, 제 1 파장의 방사선(26)은, 예를 들면, 필터 및/또는 다이크로익 미러를 사용하여 레이저 빔(2)으로부터 제거된다. 이 실시형태에서, 제 2 파장의 방사선(28)만이 플라즈마 형성 영역(4)으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다.
다른 실시형태에서, 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28)의 둘 모두가 플라즈마 형성 영역(4)으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다. 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28)의 둘 모두로 연료 액적을 조사하면 사용할 수 있는 모든 방사선을 연료 액적을 조사하는데 사용하므로 유익할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다. 그러나, 2 개의 파장의 방사선을 사용할 수 있도록 하기 위해서는 플라즈마 형성 영역(4)에서 2 개의 파장의 방사선을 올바르게 집속하기 위해 보정 광학장치(corrective optics)가 필요할 수 있다. 이를 위해 사용되는 보정 광학장치는 다이크로익 미러 및/또는 아크로매트(achromat)를 포함할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 대안적으로, 일부의 실시형태에서는 집속 광학장치가 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 플라즈마 형성 영역(4)에 집속되지 않은 및/또는 확대되지 않은 이미지를 전달하는 것이 유리할 수 있다.
일부의 종래의 리소그래피 방법은 2 개의 펄스의 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사한다. 이들 2 개의 펄스는 각각 프리 펄스 및 메인 펄스로 지칭될 수 있다. 프리 펄스는 연료를 가열한다. 일부의 경우, 프리 펄스는 연료를 저밀도 플라즈마로 변환시킨다. 프리 펄스는 연료를 성형할 수도 있다 다음에 메인 펄스가 변경된 연료 분포 상에 입사된다. 메인 펄스는 EUV 방사선을 방출하는 고도로 이온화된 플라즈마를 생성한다. 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28)으로 연료 액적을 조사하는 경우, 본 발명의 일부의 실시형태와 조합하여 2 개의 펄스 조명을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 레이저 시스템(1)은 Tm:YAG 레이저를 포함한다. 이 실시형태에서, 비선형 프로세스는 SRS이고, 비선형 매질(32)은 수소 가스이다. 이 경우, 방사선 변환 영역(44) 내의 SRS는 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환하고, 제 2 파장은 약 12 마이크론인. 약 11.85 마이크론이다. 이 실시형태에서, 제 1 파장의 방사선(26)을 프리 펄스로서 사용하고 제 2 파장의 방사선(28)을 메인 펄스로서 사용하는 2 개의 펄스 조명에서 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28)의 둘 모두로 연료 액적을 조사하는 것이 유익할 수 있다.
대안적으로, 제 2 파장의 방사선(28)이 프리 펄스로서 사용될 수 있고, 제 1 파장의 방사선(26)이 메인 펄스로서 사용될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 형성 영역(4)에서 제 1 파장의 방사선(26)의 도착은 제 2 파장의 방사선(28)의 도착에 비해, 예를 들면, 약 1 마이크로초만큼 지연될 수 있다. 이 실시형태에서, 프리 펄스와 메인 펄스 사이에 유익한 시간 지연을 제공하기 위해 별개의 레이저(레이저(30)와 다름)를 사용하여 제 1 파장의 방사선(26)을 제공하는 것이 유익할 수 있다. 2 개의 펄스 조명의 경우에 약 2 마이크론의 제 1 파장 및 약 12 마이크론의 제 2 파장이 유익할 수 있다. 제 1 파장은 반사율과 대역외 방사선 사이에 유리한 타협점을 제공할 수 있다. 제 2 파장은 10 마이크론 방사선에 가깝고, LPP EUV 생성에서 10 마이크론 방사선과 유사하게 거동한다. LPP 소스을 사용하는 EUV 방사선의 생성에서 10 마이크론 방사선을 사용하는 것은 공지되어 있다.
대안적으로, 대안적인 레이저 광원, 예를 들면, 다른 YAG 기반의 레이저를 사용하는 다른 실시형태를 2 개의 펄스 조명과 조합하여 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 1.4 내지 12 마이크론 범위의 다른 제 2 파장이 2 개의 펄스 조명과 조합하여 사용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 비선형 프로세스는 유도형 라만 산란(SRS)일 수 잇다. 라만 산란은 도 3에 도시되어 있다. 제 1 파장의 방사선(26)이 재료를 여기시키는 경우, 입자 비선형 프로세스가 일어날 수 있고, 여기서 재료 기저 상태(20)로부터 가상 상태(21)로 여기될 수 있다. 라만 산란에서, 이 전하는 여기된 진동 상태(22)를 통해 가상 상태(21)로부터 기저 상태로 완화된다. 기저 상태(20)와 여기된 진동 상태(22) 사이의 에너지 차이(24)는 라만 활성 모드로도 알려져 있는 재료의 공진 진동 모드 또는 회전 모드의 에너지(24)와 동등하다. 라만 활성 모드를 가진 재료는 라만 활성 재료로도 알려져 있을 수 있다.
전하가 여기된 진동 상태(22)를 통해 완화되면, 이것은 제 2 파장의 방사선을 생성하고, 여기서 제 2 파장(λ2)은 제 1 파장(λ1)보다 길다. 제 1 파장의 방사선의 광자의 에너지(E1)는 E1 = hc/λ1에 의해 계산될 수 있고, 여기서 h는 플랑크 상수이고, c는 진공 중에서 빛의 속도이다. 제 1 파장의 방사선의 광자의 에너지(E2)는 E2 = hc/λ2로서 계산될 수 있다. 제 1 파장의 방사선(hc/λ1)과 제 2 파장의 방사선(hc/λ2) 사이의 에너지 차이는 라만 활성 모드의 에너지(24)와 동등하다. 이 에너지(24)는 진동 에너지 또는 회전 에너지의 형태로 재료에 전달된다. SRS는 비탄성 산란 또는 스토크 산란(Stokes scattering)으로도 알려져 있다.
유도형 라만 산란(SRS)은, 예를 들면, 집속된 레이저 방사선일 수 있는 레이저 방사선과 같은 고강도의 방사선을 사용하여 비선형 매질 중에서 관찰될 수 있다. SRS는 라만 산란과 유사하지만 자발적이지 않고 여기된다. SRS는 제 2 파장의 방사선(28)을 생성할 수 있으며, 여기서 이 방사선은 코히어런트이고 레이저 빔으로서 전파된다. 이론적으로, 모든 제 1 파장의 방사선(26)의 최대 50%가 SRS를 사용하여 제 2 파장의 방사선(28)으로 변환될 수 있다.
SRS 프로세스에서 에너지는 비선형 매질(32)의 특성, 특히 기저 상태(20)와 여기된 진동 상태(22) 사이의 에너지 차이(24)에 의해 결정된다. 이 에너지 차이(24)는 제 1 파장의 방사선(26)과 제 2 파장의 방사선(28) 사이의 에너지 변화를 결정한다. 결과적으로, 제 2 파장(λ2)은 제 1 파장(λ1), 및 비선형 매질(32)에서의 에너지 차이(24)에 의존한다. 이 에너지 차이(24)는 특정 재료에 고유한 것이므로 이것을 변화시키기 위해서는 상이한 재료를 사용할 수 있다.
다양한 레이저(30) 및/또는 비선형 매질(32)을 사용하여 제 2 파장(λ2)을 변경할 수 있다. 위에서 설명한 실시형태에서, 1.4 - 12 마이크론 범위의 제 2 파장의 생성이 설명되어 있다. 이러한 범위의 파장을 가진 방사선은 반사율과 대역외 EUV 방출 사이의 타협점을 제공하므로 LPP를 통한 EUV 생성을 위해 유리할 수 있다.
비선형 프로세스, 예를 들면, SRS의 방사선 변환 효율은 입사 방사선(26)에 의해 유발되는 비선형 매질(32) 내의 이온의 형성에 의해 제한될 수 있다. 이온 및 자유 전자는 방사선을 흡수하며, 따라서 비선형 매질(32)을 통한 방사선(26, 28)의 전파에 유해하다. 이온화된 분자는 이 분자가 SRS를 제공하기 전에 전자와의 재결합에 의해 중화되어야 한다. 또한, 분자는 진동 여기 상태에 있을 수 있고, SRS가 발생하기 전에, 예를 들면, 분자 충돌을 통해 완화되어야 한다. 중화 및 완화 프로세스는 시간이 걸리므로 비선형 프로세스가 발생할 수 있는 반복률을 저감시킨다. 이로 인해 출력 레이저 빔(2)의 획득가능한 반복률이 저하될 수 있다. 이로 인해 플라즈마 형성 영역(4)에 전달되는 방사선의 반복률에 의존하는 획득가능한 EUV 파워가 제한될 수 있다.
비선형 매질(32) 중의 오염 입자, 예를 들면, 먼지는, 방사선에 의해 조사되었을 때, 방전을 통해 방출될 수 있는 표면 전하를 가질 수 있다. 방출된 전하가 존재하는 경우, 이것은 비선형 매질(32) 중의 다른 분자와 상호작용하여 애벌란시 이온화 이벤트(avalanche ionization event)를 일으킬 수 있다. 애벌란시 이온화 이벤트는 주위 분자를 급속하게 이온화시킬 수 있다. 또한 이러한 입자들로부터 레이저 생성 플라즈마가 직접 생성될 수 있다.
비선형 매질(32) 내에서의 이온화는 비선형 매질(32)로부터 오염물(예를 들면, 먼지)을 제거함으로써 약간 방지될 수 있다. 그러나, 이온화는 고유의 프로세스이고, 오염물이 존재하지 않는 경우에도 여전히 발생한다. 이온화는 다광자 효과에 의해 발생할 수 있다. 예를 들면, 분자가 방사선의 다수의 광자를 흡수하여 이온화할 수 있다. 비선형 매질 내의 이온화를 억제하는 것이 바람직할 수 있다. 분자의 이온화가 비선형 프로세스의 방사선 변환 효율에 미치는 영향을 저감시키는 것이 바람직할 수 있다.
방사선 변환 효율에 미치는 이온화된 분자의 영향을 저감시키기 위해, 방사선 변환 영역(44)에서 이온화된 분자를 이온화되지 않은 분자로 치환하는 것이 바람직하다. 방사선 변환 영역(44)에서 이온화된 분자를 이온화되지 않은 분자로 치환하는데 바람직한 가스 흐름 시스템(40)이 제공될 수 있다. 이러한 가스 흐름 시스템(40)의 일 실시형태가 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 펌프(42)는 루프의 주위에서 가스(32)의 순환을 제공한다. 루프는 적어도 부분적으로 비선형 매질(32)의 하우징(50)에 의해 형성될 수 있다.
순환은 가이드 스트랩(17)가 방사선 변환 영역(44) 내에서 레이저 방사선(26)의 방향에 거의 수직으로 흐르도록 제공된다. 도 4에서, 레이저 방사선(26)의 방향은 지면 내로 진행하는 방향으로 도시되어 있다. 가스(32)는, 예를 들면, 방사선 변환 영역(44) 내에서 축선(A)를 따를 수 있다. 따라서, 방사선 변환 영역(44) 내의 이온화 가스는 방사선 변환 영역(44)으로부터 멀어지는 방향으로 추진되어 펌프(42)를 향해 순환한다. 펌프(42) 및 관련된 가스 흐름은 비이온화 가스를 방사선 변환 영역(44) 내로 추진하여 이온화 가스를 치환한다.
펌프(42)는 먼지나 기타 오염물을 제거하기 위한 필터를 포함할 수도 있다. 펌프(42)는 이온화된 재료가 펌프(42)를 통과할 때에 이것을 제거하기 위한 이온 스크러버를 포함할 수도 있다.
자유 전자는 멀티 광이온화 프로세스에서 생성될 수 있다. 자유 전자는 방사선을 흡수할 수 있으므로 들어오는 방사선 또는 나가는 방사선의 전파를 감소시킬 수 있다. 자유 전자를 제거하는 것이 유익할 수 있다. 추가의 재료는, 예를 들면, 가스상 비선형 매질과 추가의 가스상 재료의 예비 혼합 용액을 제공함으로써 비선형 매질에 추가될 수 있다. 추가의 재료는 자유 전자를 제거하는 것을 도울 수 있다. 자유 전자는, 예를 들면, 추가의 재료 내에서 분자종에 자유 전자를 결합함으로써 제거될 수 있다. 자유 전자는, 예를 들면, 흡수에 의해 제거될 수 있다. 자유 전자의 제거를 도울 수 있는 재료의 예는 육불화 황(SF6) 또는 이산화탄소(CO2)이다. 대안적으로, 이 재료는 가스(32)의 진동 및/또는 병진 완화를 강화시킬 수 있고, 따라서 완화 시간을 단축시킬 수 있다. 가스(32)의 진동 및/또는 병진 완화를 강화시킬 수 있는 재료의 예는 헬륨, 네온 또는 아르곤과 같은 희가스이다.
도 5는 본 발명의 상기 실시형태에 따른 방사선 변환 영역(44)의 확대도로서, 여기서 가스 흐름 시스템(40)이 가스상 비선형 매질(32)과 조합하여 제공된다. 제 1 파장의 방사선(26)이 렌즈(31)에 의해 집속되고, 하우징(50) 내로 그리고 이에 따라 비선형 매질(32) 내로 들어간다. SRS는 방사선 변환 영역(44) 내에서 발생하고, 제 2 파장의 방사선(28)을 생성하고, 이 제 2 파장의 방사선(28)은 비선형 매질(32)을 나가고, 하우징(50)을 나가고, 제 2 렌즈(33)에 의해 다시 콜리메이팅되어 플라즈마 형성 영역(4)에 전달된다. 화살표는 펌프에 의해 추진되는 가스상 비선형 매질(32)의 운동을 보여준다. 가스상 비선형 매질(32)의 운동 방향은 방사선(26, 28)의 진행 방향에 실질적으로 수직이다. 가스상 비선형 매질의 운동 방향은 축선(A)에 실질적으로 평행하다.
가스(32)의 이동 속도는 이온화 가스가 방사선(26)의 연속 펄스들 사이에서 완전히 치환되도록 선택될 수 있다. 따라서, 이 속도는 펄스형 방사선의 반복률 및 집속된 방사 빔(26)의 직경(W)에 의존한다. 원하는 속도는 빔 직경(W)에 레이저 반복률을 곱하여 대략적으로 계산될 수 있다. 예를 들면, 500 마이크론의 레이저 초점 직경과 50 kHz의 레이저 반복률의 경우, 25 m/s의 스 흐름 속도가 바람직하다. 이것 미만의 속도에서는 전부는 아니지만 일부의 이온화 가스가 연속하는 방사선 펄스 사이에서 치환된다 모든 이온화 가스가 완전히 치환되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 0 m/s 내지 25 m/s 사이의 중간 속도를 사용하는 부분적 치환은 반복률 및 SRS 효율의 부분적 향상을 낳는다. 중간 속도는 사용자의 필요에 충분한 반복률 및 SRS 효율을 충분히 개선하도록 사용자가 선택할 수 있다.
가스 흐름이 방사선 변환 영역(44) 내에서 층류인 속도에 의해 정의되는 가스 흐름 속도에 상한이 존재한다. 난류 가스 흐름은 방사선 변환 영역(44)의 전체에서 불균일한 굴절률을 초래할 수 있고, 이는 제 1 파장의 방사선(26) 및 제 2 파장의 방사선(28)의 둘 모두의 전파에 유해할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 가스 흐름이 방사선 변환 영역(44) 내에서 층류로 되도록 가스 흐름 속도가 제공된다 예를 들면, 도시된 실시형태에서, 방사선 변환 영역(44)의 근위에 있는 하우징(50)의 측면은 테이퍼되어 있다. 하우징(50)을 테이퍼링함으로써 가스(32)는 속도 또는 방향의 급격한 변화를 경험하지 않고, 난류 가스 흐름의 변화를 저감시킨다. 테이퍼는 선형일 수 있거나 약간의 곡률을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 층류는 가스 흐름이 난류가 발생하는 속도 미만에 유지되도록 제한되도록 가스 흐름 속도를 조절하도록 다른 방법을 사용하여 가능해질 수 있다.
위의 실시형태에서는 가스상 비선형 매질이 구체적으로 참조될 수 있으나, 비선형 매질은 다른 상 상태에 있을 수 있다. 예를 들면, SRS는 극저온으로 형성된 고체, 예를 들면, 고체 수소, 특히 고체 파라수소(parahydrogen)를 포함하는 비선형 매질을 사용하여 제공될 수 있다.
위의 실시형태에서 유도형 라만 산란(SRS)이 구체적으로 참조될 수 있으나, 다른 비선형 프로세스가 사용될 수도 있다.
본 발명의 대안적인 실시형태에서, 레이저 시스템(1)은 광학 파라미터 발진기(OPO)를 포함할 수 있다. OPO는 당 기술분야에서 알려져 있고, 입력 방사선을 이 입력 방사선보다 긴 파장을 갖는 출력 방사선의 2 개의 부분으로 변환한다. OPO를 고려하는 경우, 입력 방사선은 펌프 방사선이라고 불릴 수 있고, 출력 방사선의 2 개의 부분은 시그널 방사선(signal radiation) 및 아이들러 방사선(idler radiation)으로 지칭될 수 있다. 이들은 간단히 각각 펌프, 시그널 및 아이들러로 지칭될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 파장의 펌프 방사선(26)은, 예를 들면, 비선형 결정을 포함할 수 있는 OPO 내에 입력될 수 있다. 2차 비선형 광학 상호작용은 제 1 파장의 방사선(26)을 제 2 파장의 방사선(28)(시그널) 및 제 3 파장의 방사선(29)(아이들러)으로 변환시킬 수 있다. SRS에서는 제 1 파장의 방사선과 제 2 파장의 방사선 사이의 에너지 차이가 회전 에너지나 진동 에너지의 형태로 재료에 전달되지만 OPO에서는 이 에너지 차이가 제 3 파장의 방사선으로 변환되므로 OPO 프로세스는 위에서 설명한 SRS 프로세스와 다르다 제 3 파장은
Figure pct00001
3로 표시될 수 있다.
제 1 파장의 방사선(26)(펌프)의 광자의 에너지(E1)는 E1 = hc/λ1에 의해 계산될 수 있고, 여기서 h는 플랑크 상수이고, c는 진공 중에서 빛의 속도이다. 펌프 방사선은 레이저, 예를 들면, YAG 기반의 레이저에 의해 제공될 수 있다. YAG 기반의 레이저는 더 많은 전력을 광 파워로 변환시키는 높은 월 플러그 효율을 가지므로 유리하다. YAG 기반의 레이저는 또한 점유면적을 가지므로, 즉 공간 및/또는 수송 및/또는 비용을 위해 유익할 수 있는 더 적은 점유 공간을 차지하므로 유리하다.
제 2 파장의 방사선(28)의 광자의 에너지(E2)는 E2 = hc/λ2로서 계산될 수 있다. 제 3 파장의 방사선(29)의 광자의 에너지(E3)는 E3 = hc/λ3로서 계산될 수 있다. OPO에서 제 1 파장의 방사선의 에너지는 제 1 파장의 방사선의 에너지와 제 3 파장의 방사선의 에너지의 합과 동등(즉, hc/λ1 = hc/λ2 + hc/λ3)하다. 일부의 경우에, 제 3 파장은 입력 펌프 방사선이 제 2 파장의 방사선으로만 변환되도록 제 2 파장과 동일한 파장을 가지도록 선택될 수 있다. 이 특정의 경우는 디제너러시(degeneracy)라고 불리거나 축퇴(degenerate) 시그널 및 아이들러를 가진다고 할 수 있다. 대안적으로, 제 2 파장과 제 3 파장은 다를 수 있다.
OPO를 사용하는 본 발명의 일 실시형태가 도 6에 도시되어 있다. 제 1 파장의 방사선을 생성하는데 사용되는 레이저(30) 및 2 개의 미러(62) 사이에 형성된 광 공진기 내에 배치된 비선형 결정(32)을 포함하는 OPO(60)를 포함하는 레이저 시스템(1)이 도시되어 있다. 제 1 파장의 방사선은 방사선 변환 영역(44) 내의 비선형 결정(32) 내에서 2차 비선형 광학 상호작용이 발생하는 OPO를 향하고, 제 1 파장의 방사선의 일부를 제 2 파장의 방사선으로 그리고 임의선택적으로 제 3 파장의 방사선으로 변환시킨다. 이 경우의 광 공진기의 길이는 2 개의 미러(62) 사이의 거리인 것으로 이해할 수 있다. 도 6에서 OPO(60)는 축척에 따라 도시되어 있지 않으므로 비선형 결정(32)은, 예를 들면, 광 공진기의 더 적은 부분을 차지할 수 있다. 미러(62)는 광 공진기로부터의 일부의 방사선을 투과시키고 일부의 방사선을 광 공진기를 통해 반사시키도록 부분적으로 투과성일 수 있다. 미러(62)는 특정 파장 또는 특정 범위의 파장을 투과시키도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 미러(62)는 다이크로익 미러일 수 있다. 미러(62)는 제 2 파장의 방사선을 투과시키고 제 1 파장의 방사선을 반사하도록, 즉 시그널을 투과시키고 펌프 방사선을 반사하도록 구성될 수 있다. 이는 펌프를 반사함으로써 펌프가 비선형 결정(32)을 다시 통과하여 더 많은 제 2 파장의 방사선을 생성할 수 있으므로 유리할 수 있다. 미러(62)는 제 3 파장의 방사선을 선택적으로 반사 또는 투과시키도록 구성될 수도 있다.
OPO(60)를 나가는 방사선은 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 2 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선을 포함할 수 있는 레이저 빔(2)을 형성한다. 그리고 이 레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)(도 1 참조)으로 전달될 수 있다. 레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)에서, 예를 들면, 렌즈와 같은 집속 광학장치를 사용하여 집속될 수 있다. 대안적으로, 집속 광학장치가 사용되지 않을 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 형성 영역(4)에 집속되지 않은 및/또는 확대되지 않은 이미지를 전달하는 것이 유리할 수 있다.
제 1 파장의 방사선과 제 2 파장의 방사선은, 예를 들면, 밴드 패스 필터(band-pass filter) 및/또는 다이크로익 미러를 사용하여 레이저 빔(2)으로부터 제거될 수 있다. 이 실시형태에서, 제 2 파장의 방사선만이 플라즈마 형성 영역으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다. 대안적으로, 제 1 파장의 방사선은, 예를 들면, 필터 및/또는 다이크로익 미러를 사용하여 레이저 빔(2)으로부터 제거될 수 있다. 이 실시형태에서, 제 2 파장의 방사선과 제 3 파장의 방사선만이 플라즈마 형성 영역으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다. 대안적으로, 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선이 플라즈마 형성 영역으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다. 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선으로 연료 액적을 조사하면 사용할 수 있는 모든 방사선을 연료 액적을 조사하는데 사용하므로 유익할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다. 이들 실시례에서, 다이크로익 미러는, 도 6에 도시된 바와 같이, OPO 내에서 광 공진기를 형성하는 미러(62)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 미러 및/또는 필터는 방사선이 OPO를 나간 후에 제공될 수도 있다.
연료 액적을 조사하기 위해 2 개 또는 3 개의 파장의 방사선의 사용을 가능하게 하기 위해, 플라즈마 형성 영역(4)에서 둘 모두의 파장의 방사선을 올바르게 전달하기 위한 보정 광학장치가 필요할 수도 있다. 이를 위해 사용되는 보정 광학장치는 다이크로익 미러 및/또는 아크로매트를 포함할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
제 2 파장 및 제 3 파장이 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 1 파장을 선택함으로써, 즉 펌프 레이저(30)를 변경함으로써 제 2 파장 및 제 3 파장이 선택될 수 있다. 펌프 레이저(30)는, 예를 들면, 약 1 마이크론의 방사선을 방출하는 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 레이저에 의해 생성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제 2 파장 및 제 3 파장은 OPO(60) 내에서 비선형 매질(32)을 변경함으로써 선택될 수 있다. 비선형 매질(32)은, 예를 들면, 포타슘 티타닐 비산염(KTA), 포타슘 티타닐 인산염(KTP), 바륨 붕산염(BBO) 또는 리튬 나이오븀산염(LN), 주기적으로 분극된 KTP(PPKPT), 주기적으로 분극된 LN(PPLN), 루비듐 도핑된 KTP(RKTP), 또는 주기적으로 분극된 루비듐 도핑된 KTP(PPRKTP)의 비선형 결정일 수 있다. 이 목록은 비포괄적이며, 사용자의 필요조건에 따라 사용할 수 있는 많은 다은 비선형 결정이 본 기술분야에 알려져 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제 2 파장 및 제 3 파장은 비선형 결정의 위상 정합 특성을 변경함으로써 선택될 수 있다. 비선형 결정의 위상 정합 특성을 변경하면 제 2 파장 및 제 3 파장을 조정가능하게 선택할 수 있다. 파장은 어떤 범위 내에서 조정가능할 수 있고, 이 범위는 펌프 파장, 펌프 분극, 및 비선형 결정의 재료와 같은 인자에 의존할 수 있다. 비선형 결정의 위상 정합 특성, 및 이에 따라 제 2 파장 및 제 3 파장은 다수의 방법으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 비선형 결정의 온도를 변경할 수 있다. 온도를 변경하면 주기적으로 분극된 비선형 매질을 사용하는 경우에 제 2 파장 및 제 3 파장을 조정하는데 특히 유리할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광 공진기의 길이를 변경할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 격자와 같은 분산 요소가 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 비선형 결정의 각도 배향이, 예를 들면, 결정의 광축의 배향 및/또는 방사 빔의 분극을 변경함으로써 방사 빔에 대해 변경될 수 있다.
예시적인 일 구현형태에서, PPRKPT 결정을 포함하는 OPO와 조합된 Nd:YAG 레이저는 1.9 - 2.4 마이크론 범위에서 조정가능한 제 2 파장의 방출을 생성할 수 있다. 이 방출은 전술한 바와 같이, 예를 들면, 광 공진기의 길이를 변경함으로써 조정할 수 있다. 약 2.1 마이크론의 파장으로 2 파장 및 제 3 파장이 동등하게 선택되는 특정의 실시례가 있을 수 있다.
OPO를 사용하여 짧은 시간적 펄스 길이 및/또는 높은 반복률로 높은 변환 효율로 방사선을 변환시킬 수 있다. 예를 들면, 큰 구경의 PPRKPT 결정을 Nd:YAG 레이저와 조합하여 사용하여 35%를 초과하는 변환 효율을 달성할 수 있다. 이 경우의 효율은 OPO에 들어가는 제 1 파장의 방사선의 양에 비교된 OPO를 나가는 제 2 파장의 방사선의 양이다. 사용 중에 그리고 연료 액적을 조사하기 위해 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선을 사용하는 경우에, 이는 연료 액적에 전달된 방사선의 약 35%가 제 2 파장의 방사선이고, 연료 액적에 전달된 방사선의 약 65%가 제 1 파장의 방사선 및 제 3 파장의 방사선일 수 있음을 의미한다.
레이저 시스템(1)의 변환 효율을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
제 1 파장의 방사선은, 예를 들면, 다이크로익 미러를 사용하여 이것을 인 방사 빔으로부터 분리하고, 이것을 OPO 내로 방향전환하여 제 2 파장의 방사선을 더 많이 생성함으로써 회복될 수 있다. 이 경우, 펌프 방사선의 회복으로 인해 100%에 가까운 변환 효율이 얻어질 수 있다. 다이크로익 미러는,도 6에 도시된 바와 같이, 광 공진기를 형성하는 미러(62)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 미러 및/또는 필터는 방사선이 OPO를 나간 후에 제공될 수도 있다.
대안적으로, 변환 효율을 증가시키기 위해 사용되는 예시적인 레이저 시스템이 OPO(60) 및 광학 파라미터 증폭기(OPA)(68)를 포함하는 레이저 시스템(1)을 도시하는 도 7에 도시되어 있다. OPA는 본 기술분야에 공지된 것이며, 추가의 펌프 빔에 의해 구동되어 방사 빔을 증폭하는데 사용된다. OPA(68)는 다른 비선형 매질(미도시)을 포함하며, 2차 비선형 상호작용을 사용하여 방사선을 증폭한다.
이 실시형태에서, 제 1 파장의 방사선(26)이 제 1 레이저(30a)에 의해 제공되어 OPO(60)로 전달된다. 레이저(30a)에 의해 제공된 방사선은 제 1 펌프 또는 제 1 펌프 빔(26)이라고 부를 수 있다. OPO는 이 방사선을 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선 그리고 임의선택적으로 제 3 파장의 방사선을 포함하는 방사 빔(2a)으로 변환한다. 다음에, 빔 스플리터, 예를 들면, 다이크로익 미러를 사용하여 방사 빔을 2 개의 부분(2b, 2c)으로 분할할 수 있다. 제 1 부분(2b)은 제 2 파장의 방사선 즉, OPO 시그널을 포함한다. 제 2 부분(2c)은 제 1 파장의 방사선, 및 임의선택적으로 제 3 파장의 방사선, 즉 제 1 펌프(26) 및 OPO 아이들러를 포함한다.
제 4 파장의 방사선(66)은 제 2 레이저(30b)에 의해 제공될 수 있다. 제 4 파장의 방사선(66)은 제 2 펌프(66)로도 알려져 있을 수 있다. 제 4 파장은 제 1 파장과 동일하도록 선택될 수 있다. 도시된 실시례에서, 2 개의 별개의 레이저(30a, 30b)를 사용하여 제 1 펌프(26) 및 제 2 펌프(66)를 제공한다. 그러나, 대안적인 구현형태에서, 제 1 펌프 빔(26) 및 제 2 펌프 빔(66)의 둘 모두 단일의 레이저에 의해, 예를 들면, 빔을 2 개의 부분으로 분할하고, 하나는 OPO로 하나는 OPA로 전달함으로써 제공될 수 있다. 이것은 단순성 및 점유면적의 감소에 유리할 수 있다.
제 2 펌프(66) 및 OPO 시그널(2b)은, 예를 들면, 다이크로익 미러를 사용하여 이들을 단일 방사 빔(2d)으로 결합함으로써 OPA(68)에 전달된다. OPA(68)는 입사하는 방사 빔(2d)의 일부를 제 2 파장의 방사선(즉, 증폭된 OPO 시그널(2b)) 및 제 5 파장의 방사선으로 변환한다. 제 5 파장의 방사선은, OPO에서의 경우와 유사하게, 비선형 상호작용이 OPA 아이들러 빔으로 알려진 추가의 방사 빔을 생성함에 따라 생성될 수 있다. 결과적으로, OPA를 나가는 방사선(OPA 출력 빔(2e))은 제 4 파장의 방사선(제 2 펌프 빔(66)), 제 2 파장의 방사선(증폭된 OPO 시그널(2b)), 및 제 5 파장의 방사선(OPA 아이들러)를 포함한다. OPO에서의 경우와 유사하게, OPA에 의해 생성된 파장은 본 기술분야에서 공지된 바와 같이 조정가능하다.
OPA 출력 빔(2e)을 제 2 부분(2c)과 조합하여 방사 빔(2f)을 형성한다. 다음에 방사 빔(2f)은 플라즈마 형성 영역으로 전달된다. 방사 빔(2f)은 제 2 파장의 방사선을 포함한다. OPA(68)로부터의 증폭으로 인해, 방사 빔(2f)은 OPO(60)만을 사용하는 경우에 비해 더 많은 제 2 파장의 방사선을 포함한다. OPA를 사용하면 변환 효율이 50%를 초과하여 증가할 수 있다. 이 경우의 효율은 제 1 펌프 빔 및 제 2 펌프 빔의 방사선량에 비교된 OPA를 나가는 제 2 파장의 방사선의 양이다.
방사 빔(2f)은 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선 및/또는 제 5 파장의 방사선을 포함할 수도 있다. 제 1 파장의 방사선 및/또는 제 3 파장의 방사선 및/또는 제 4 파장의 방사선 및/또는 제 5 파장의 방사선은, 예를 들면, 필터 및/또는 다이크로익 미러를 사용하여 방사 빔(2f)으로부터 제거될 수 있다. 대안적으로, 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선, 제 3 파장의 방사선, 제 4 파장의 방사선, 및 제 5 파장의 방사선이 플라즈마 형성 영역으로 지향되고, 그 후에 EUV 방사선을 형성하는데 사용된다. 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선, 제 3 파장의 방사선, 제 4 파장의 방사선, 및 제 5 파장의 방사선으로 연료 액적을 조사하면 사용할 수 있는 모든 방사선을 연료 액적을 조사하는데 사용하므로 유익할 수 있다. 즉, 광파워가 시스템으로부터 불필요하게 낭비되거나 제거되지 않는다.
제 5 파장은, 예를 들면, 제 1 펌프 빔 및 제 2 펌프 빔에 동일한 파장을 사용하고, OPO와 동일한 시그널 파장 및 아이들러 파장을 생성하도록 OPA를 최적화함으로써 제 3 파장과 동일해지도록 선택될 수 있다.
특정의 일 실시례에서, 제 1 펌프(26) 및 제 2 펌프(66)는 동일한 파장, 즉 제 1 파장을 가질 수 있다. OPO(60)는 시그널 및 아이들러가 축퇴되도록, 즉 제 2 파장과 제 3 파장이 동일하도록 최적화될 수 있다. OPA(68)는 시그널 및 아이들러가 축퇴되도록, 즉 제 2 파장과 제 5 파장이 동일하도록, 그리고 제 5 파장과 제 2 파장이 동등해지도록 최적화될 수 있다. 따라서, 이 실시례에서, 방사 빔(2f)은 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선을 포함한다. 이 실시례에서, OPA(68)로부터의 증폭에 의해 제 1 파장의 방사선으로부터 제 2 파장의 방사선으로의 변환 효율은 50%를 초과할 수 있다. 이 경우, 연료 액적은 제 2 파장의 방사선에 의해, 또는 제 1 파장의 방사선 및 제 2 파장의 방사선에 의해 조사될 수 있다.
특정의 실시례에서, 단일의 Nd:YAG 레이저를 사용하여 1 마이크론의 제 1 파장의 제 1 펌프 빔(26) 및 제 2 펌프 빔(66)을 제공할 수 있다. OPO 및 OPA는 1.9 마이크론의 축퇴 아이들러 빔 및 시그널 빔을 생성하도록 조정될 수 있다. 따라서, 방사 빔(2f)은 1 마이크론 및 1.9 마이크론의 방사선을 포함할 수 있다. 대안적으로, OPA 및 OPO를 조정하여 1.9 내지 2.4 마이크론 범위의 시그널 빔, 즉 제 2 파장의 방사선을 생성할 수 있다.
일부의 공지된 리소그래피 방법은 2 개의 펄스의 방사선을 사용하여 연료 액적을 조사한다. 이들 2 개의 펄스는 각각 프리 펄스 및 메인 펄스로 지칭될 수 있다. 프리 펄스는 연료를 가열한다. 일부의 경우, 프리 펄스는 연료를 저밀도 플라즈마로 . 프리 펄스는 연료를 성형할 수도 있으며, 이는 연료 분포의 변경으로 지칭될 수도 있다. 다음에 메인 펄스가 변경된 연료 분포 상에 입사될 수 있다. 메인 펄스는 EUV 방사선을 방출하는 고도로 이온화된 플라즈마를 생성한다. 2 개의 펄스 조명을 위의 실시례와 조합하여 사용할 수 있고, 예를 들면, 추가의 방사선원으로부터 프리 펄스를 제공하고, 방사 빔(2, 2f)을 메인 펄스로서 사용할 수 있다. 추가의 방사선원은 제 2 레이저(30b)일 수 있다. 대안적으로, 별개의 방사선원, 예를 들면, YAG 기반의 레이저와 같은 추가의 레이저가 제공될 수 있다. 대안적으로, 메인 펄스만의 작동을 위해 방사 빔(2, 2f)이 사용될 수 있다. 즉 프리 펄스는 사용되지 않는다.
종래의 OPO 및 OPA는, 예를 들면, 3 내지 5 나노초의 전형적으로 짧은 시간적 펄스 길이를 갖는 방사선을 제공한다. 시간적 펄스 길이는 방사선의 펄스의 지속시간의 척도이다. 시간적 펄스 길이는 단순히 펄스 길이라고 부를 수 있다. 펄스 길이는 제 1 펌프 빔 및 제 2 펌프 빔의 펄스 지속시간, 즉 전형적으로 6 내지 8 나노초 범위일 수 있는 레이저(30a, 30b)에 의해 제공되는 펄스 길이와 관련될 수 있다.
펄스 길이가 짧으면 방사 빔(2, 2f)의 방사선의 EUV 방사선으로의 EUV 변환 효율이 저하될 수 있다. 펄스가 길어지면 EUV 변환 효율이 향상될 수 있다. 예를 들면, 50 내지 150 나노초 범위의 펄스 길이는 EUV 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 펄스 길이는 펄스 길이(예를 들면, 50 내지 150 나노초 범위의 펄스 길이)가 더 긴 레이저(30a, 30b)를 사용함으로써 증가될 수 있다. 이 범위의 펄스 길이를 가진 YAG 기반의 레이저가 이용가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, OPO는, 예를 들면, 광 공진기의 길이를 변경함으로써,50 내지 150 나노초 범위의 펄스 길이에 대하여 최적화될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 펄스 길이는 방사 빔의 다른 부분에 대하여 이 빔의 하나 이상의 부분을 지연시킴으로써 증가될 수 있다. 이것을 펄스 스트레칭(pulse stretching)이라고 부를 수도 있다.
펄스 스트레칭은 빔 스플리터를 사용하여 방사 빔을 제 1 부분과 제 2 부분으로 분할함으로써 수행될 수 있다. 제 1 부분은 제 1 부분에 광학적 지연을 적용하는 광학적 지연 구성에 지향될 수 있다. 다음에 제 1 부분 및 제 2 부분은 변경된 방사 빔으로 재결합되어 표적점으로 전달된다. 변경된 방사 빔의 제 1 부분은 광학적 지연으로 인해 제 2 부분 후에 표적점에 도착하여 총 시간적 펄스 길이를 증가(즉, 펄스 스트레칭)시킨다. 따라서 이 방법을 사용하여 빔의 상이한 부분들의 도착 시간을 확산시킴으로써 2 배 또는 3 배만큼 펄스 길이를 증가시킬 수 있다.
빔 스플리터는 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 및/또는 제 4 및/또는 제 5 방사선을 반사하도록 구성된 다이크로익 미러일 수 있다. 빔 스플리터는 특정 파장의 방사선을 지연을 적용하는 광학적 지연 구성을 향하게 할 수 있다. 다수의 빔 스플리터를 사용할 수 있고, 다수의 광학적 지연 구성을 사용할 수 있다. 일 실시례에서, 제 1 파장의 방사선을 전송할 수 있고, 제 2 파장의 방사선을 제 1 광학적 지연 구성에 지향시킬 수 있고, 제 1 지연 시간만큼 지연시킬 수 있고, 제 3 파장의 방사선을 제 2 광학적 지연 구성에 지향시킬 수 있고, 제 2 지연 시간만큼 지연시킬 수 있다.
대안적으로 빔 스플리터는 부분적 투과성 미러, 예를 들면, 하프 실버드(half-silvered) 미러일 수 있다. 이 경우, 방사 빔의 50%는 반사되고, 50%는 투과되지만 파장의 분리는 거의 또는 전혀 없다. 이 경우, 방사 빔의 50%는 광학적 지연 구성에 전달될 수 있다. 위의 실시례처럼 다수의 빔 스플리터를 사용할 수 있고, 다수의 광학적 지연 구성을 사용할 수 있다. 부분적 투과성 미러는 상이한 비율, 예를 들면, 1%, 10% 또는 40%의 방사 빔을 투과시킬 수 있으나, 이들 비율에 한정되지는 않는다.
일부의 방사 빔은 광학적 구성을 여러 번 통과할 수 있다. 예를 들면, 방사 빔의 제 1 부분은 광학적 구성을 한 번 통과할 수 있으나, 방사 빔의 제 2 부분은 이 광학적 구성 내로 되돌아 가므로 이 광학적 구성을 두 번 통과할 수 있다. 광학적 구성을 여러 번 통과하면 방사 빔의 일부의 지연 시간이 증가하고, 따라서 변경된 방사 빔의 총 시간적 펄스 길이가 증가한다.
광학적 지연을 적용하기 위해 사용되는 광학적 지연 구성은 지연 스테이지로도 알려져 있는 지연 라인(delay line)일 수 있다. 공지된 지연 라인은 US 7326948에 더 상세히 기술되어 있으며, 이것은 그 전체가 원용에 의해 본원에 포함된다. 간단히 말하면, 이 지연 라인은 빔의 제 1 부분이 진행하는 경로에 거리를 추가하기 위한 복수의 미러 형태일 수 있다. 이 지연 라인은 빔의 제 1 부분을 이 지연 라인에 지향시키기 위한, 그리고 빔의 제 2 부분을 방해받지 않고 이동할 수 있게 하기 위한 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.
따라서, 위에서는 비선형 광학 프로세스를 OPO와 함께 사용하여 제 1 파장보다 긴 제 2 파장의 방사선을 생성하는 방법을 설명하였다. 위에서는 이것이 LPP에 의한 EUV 방사선의 생성에 얼마나 유익한지도 설명하였다. 위의 OPO의 사용례는 1.9 내지 2.4 마이크론 범위로 조정가능한 제 2 파장의 방사선에 최적화되어 있다. SRS를 사용하는 실시형태와 조합하여, 달성가능한 파장의 범위는 1.4 내지 2.4 마이크론, 및 더 나아가 1.4 내지 12 마이크론까지 확장될 수 있다.
본 명세서에서는 구체적으로 미러가 언급될 수 있으나, 임의의 적절한 광학 요소를 사용할 수 있다. 예를 들면, 이 요소는 격자, 빔 큐브(beam cube) 또는 임의의 다른 분산 요소일 수 있다. 일부의 경우, 미러는 빔 분할 미러, 예를 들면, 다이크로익 미러, 하프 실버드 미러, 또는 본 기술분야에 공지된 임의의 다른 빔 분할 요소일 수 있다.
YAG 기반의 레이저가 구체적으로 언급될 수 있으나, 임의의 적절한 레이저를 사용할 수 있다. 이 경우, 임의의 적절한 레이저는 위에서 설명한 바와 같은 비선형 프로세스를 사용하여 1.4 - 12 마이크론 범위의 제 2 파장을 생성할 수 있는 파장을 방출하는 레이저일 수 있다. 종래의 YAG 기반의 레이저와 유사한 약 1 마이크론을 레이저를 방출하므로, 예를 들면, 글래스 레이저, 특히 네오디뮴 도핑된 글래스 레이저를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 리소그래피 장치에 관련하여 본 발명의 실시형태를 특히 참조할 수 있으나, 본 발명의 실시형태는 다른 장치에서 사용할 수 있다. 본 발명의 실시형태는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 기판) 또는 마스크(또는 기타 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 도구로 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주위(비진공) 조건을 사용할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태가 위에서 설명되었으나, 본 발명은 기술된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 설명을 위한 것이고, 한정적인 것이 아니다. 따라서, 아래에 기재된 절의 범위로부터 벗어나지 않는 한 기재된 바와 같이 본 발명에 수정을 가할 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (37)

  1. 레이저 생성 플라즈마형 EUV 방사선원으로서,
    연료 액적을 생성하도록 구성된 연료 방출기; 및
    플라즈마 형성 영역에서 상기 연료 액적을 플라즈마로 변환시키기 위해 방사선으로 상기 연료 액적을 조사하도록 구성된 레이저 시스템을 포함하고;
    상기 레이저 시스템은:
    제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저; 및
    상기 제 1 파장의 방사선을 수광하고, 방사선 변환 영역에서 비선형 광학 프로세스를 사용하여 제 2 파장의 방사선을 생성하고, 상기 제 2 파장의 방사선을 상기 플라즈마 형성 영역에 전달하도록 구성된 비선형 매질을 포함하고;
    상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 긴, EUV 방사선원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 YAG 기반의 레이저를 포함하는, EUV 방사선원.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 파장은 1.4 내지 12 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선원.
  4. 제 1 항 내지 재 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 파장은 1.4 내지 2.4 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선원.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 파장은 1.9 내지 2.4 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선원.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 파장은 약 1.9 마이크론인, EUV 방사선원.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 액적은 또한 상기 제 1 파장의 방사선에 의해 조사되는, EUV 방사선원.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형 매질은 라만 활성 재료(Raman-active material)를 포함하고, 상기 비선형 광학 프로세스는 유도형 라만 산란(stimulated Raman scattering)인, EUV 방사선원.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비선형 매질은 가스를 포함하는, EUV 방사선원.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 비선형 매질은 수소를 포함하는, EUV 방사선원.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 EUV 방사선원은 상기 방사선 변환 영역에서 이온화 가스를 비이온화 가스로 치환하도록 구성된 흐름 시스템을 더 포함하는, EUV 방사선원.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 흐름 시스템은 가스 유로 및 상기 가스 유로의 주위에서 가스를 순환시키도록 구성된 펌프를 포함하는, EUV 방사선원.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 광학 파라미터 발진기를 더 포함하고, 상기 광학 파라미터 발진기가 상기 비선형 매질을 포함하는, EUV 방사선원.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비선형 프로세스는 상기 방사선 변환 영역에서 제 3 파장의 방사선을 생성하도록 더 구성된, EUV 방사선원.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료 액적은 또한 상기 제 3 파장의 방사선에 의해 조사되는, EUV 방사선원.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EUV 방사선원은 상기 제 1 파장의 방사선, 상기 제 2 파장의 방사선, 또는 상기 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 증폭하기 위한 광학 파라미터 증폭기를 더 포함하는, EUV 방사선원.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EUV 방사선원은 상기 방사선 변환 영역 이후에 지연 스테이지를 더 포함하는, EUV 방사선원.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 EUV 방사선원을 포함하는 리소그래피 시스템.
  19. EUV 방사선을 생성하는 방법으로서,
    제 1 파장의 방사선을 생성하도록 구성된 레이저를 제공하는 것;
    비선형 매질을 제공하는 것;
    방사선 변환 영역에서 비선형 광학 프로세스를 통해 제 2 파장의 방사선이 생성되도록 상기 비선형 매질에 상기 제 1 파장의 방사선을 지향시키는 것 - 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 김 -;
    플라즈마 형성 영역에 연료 액적을 제공하는 것;
    상기 플라즈마 형성 영역에 상기 제 2 파장의 방사선을 지향시키는 것; 및
    상기 제 2 파장의 방사선으로 상기 플라즈마 형성 영역 내에서 상기 연료 액적을 조사하여 상기 연료 액적을 플라즈마로 변환시키는 것을 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 방법은 YAG 기반의 레이저를 사용하여 상기 제 1 파장의 방사선을 제공하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함하고, 상기 제 2 파장은 1.4 내지 12 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선의 생성 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함하고, 상기 제 2 파장은 1.4 내지 2.4 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선의 생성 방법.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함하고, 상기 제 2 파장은 1.9 내지 2.4 마이크론 범위에 있는, EUV 방사선의 생성 방법.
  24. 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함하고, 상기 제 2 파장은 약 1.9 마이크론인, EUV 방사선의 생성 방법.
  25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제 1 파장의 방사선에 의해 연료 액적을 조사하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 방법은 라만 활성 재료를 제공하는 것 및 유도형 라만 산란을 사용하여 제 2 파장의 방사선을 생성하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  27. 제 19 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 가스상인 비선형 매질을 제공하는 것을 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 방법은 수소를 포함하는 비선형 매질을 제공하는 것을 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 방법은 가스 흐름 수단을 제공함으로써 방사선 변환 영역 내에서 이온화 가스를 비이온화 가스로 치환하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 방법은 펌프를 이용하여 가스 흐름을 제공하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 방법은 방사선 변환 영역을 가로질러 층류 가스 흐름을 제공하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  32. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 2 파장의 방사선을 생성하기 위해 상기 비선형 매질을 포함하는 광학 파라미터 발진기를 제공하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 광학 파라미터 발진기를 사용하여 제 3 파장의 방사선을 더 생성하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 방법은 제 3 파장의 방사선에 의해 연료 액적을 조사하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  35. 제 32 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 광학 파라미터 증폭기를 사용하여 상기 제 1 파장의 방사선, 상기 제 2 파장의 방사선, 또는 상기 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 증폭하는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  36. 제 19 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 제 1 파장의 방사선, 제 2 파장의 방사선, 또는 제 3 파장의 방사선 중 적어도 하나를 지연 스테이지를 통과시키는 것을 더 포함하는, EUV 방사선의 생성 방법.
  37. 제 19 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 따라 생성된 EUV 방사선을 사용하여 EUV 리소그래피를 수행하는 방법.
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