KR20210121283A - 인터레이스 펄스 조명 소스들을 갖는 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 지속 플라즈마를 펌핑하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들을 포함하고, 적어도 하나의 펌프 모듈은 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성된다. 시스템은 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들을 더 포함한다.

Description

인터레이스 펄스 조명 소스들을 갖는 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하기 위한 시스템 및 방법
본 출원은, 발명자들 Ilya Bezel, Matthew Derstine, William Schumaker, 및 Michael Friedmann에 의해 발명의 명칭 "Plasma Light Source Sustained by Interlaced Pulsed Lasers"로 2019년 2월 25일에 출원된 미국 가출원 일련번호 62/810,176호에 대한 우선권을 주장하고, 상기 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시내용은 일반적으로 조명 소스들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 지속 플라즈마(laser sustained plasma, LSP) 소스들에 관한 것이다.
일반적으로, LSP-기반 조명 시스템에는 2개의 공간 영역들: 수집 체적 내부 및 수집 체적 외부가 있다. 수집 체적은, 집광 효율이 가장 높은 공간의 체적으로서 정의된다. 이 영역에서 플라즈마 방사율을 증가시키는 것은 조명 시스템의 더 높은 수집가능 전력 및 더 양호한 성능으로 이어진다. LSP에서, 플라즈마의 가장 밝은 부분은 일반적으로 펌프 레이저 초점 근처에 있고, 펌프 레이저 초점은 일반적으로 수집 체적 내에 또는 근처에 배치된다. 플라즈마가 수집 체적 외부에서 성장하면, 플라즈마로부터 방출된 광은 대부분 낭비되는데, 그 이유는 수집 효율이 작기 때문이다. 120 내지 1000 nm 파장 범위에서의 광의 생성을 위해, 이 체적을 약 1 내지 5 eV의 플라즈마로 채우는 것이 유익하다. 플라즈마가 너무 차가워지면, 방출이 낮고; 플라즈마가 너무 뜨겁다면, 플라즈마는 훨씬 더 짧은 파장들로 방출되고, 변환 효율이 저하된다.
LSP-기반 조명 시스템의 동작에서, 가스 온도가 낮을 때, 펌프 레이저 광이 매우 적은 흡수로 이를 통해 이동한다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 가스의 온도가 높을 때, 즉, 플라즈마가 지속되는 경우, 펌프 전력의 흡수가 높다. 따라서, 효율적인 광 소스를 생성하기 위해, 펌프 레이저의 가스 흡수가 수집 체적에서 높고 수집 체적 외부에서 낮은 조건들을 갖는 것, 특히 펌프 레이저 전파의 경로에서 수집 체적을 상당히 초과하지 않는 플라즈마를 생성하는 것이 바람직하다.
본 개시내용의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하기 위한 시스템이 개시된다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들을 포함하고, 적어도 하나의 펌프 모듈은 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성된다. 실시예들에서, 시스템은 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들을 더 포함할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 광대역 조명을 생성하기 위한 시스템이 또한 개시된다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 플라즈마 형성 재료, 및 플라즈마 형성 재료를 여기시킴으로써 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들을 포함하고, 적어도 하나의 펌프 모듈은 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성된다. 실시예들에서, 시스템은 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 레이저 지속 플라즈마에 의해 방출된 광대역 조명을 수신하도록 구성되고 광대역 조명을 출력(예를 들어, 계측 시스템, 검사 시스템 등에 대한 조명기 출력)으로 지향시키도록 추가로 구성된 하나 이상의 수집 광학기를 더 포함할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하는 방법이 또한 개시된다. 예시적인 실시예에서, 방법은, 적어도 하나의 펌프 모듈을 통해, 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성함으로써, 복수의 펌프 모듈들로 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 펄스들을 생성하는 단계; 및 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 복수의 비-공선형 조명 경로들을 따라 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키는 단계를 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 다수의 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 당업자들에 의해 더 양호하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 레이저 지속 플라즈마(LSP) 조명 시스템의 개략적인 예시이다.
도 1b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 LSP 조명 시스템의 개략적인 예시이다.
도 1c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 다수의 펌프 모듈들을 갖는 LSP 조명 시스템의 개략적인 예시이다.
도 2a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예를 들어, 도 1a에 예시된 시스템에서, 낮은 개구수(NA)를 갖는 종래의 펌프 모듈을 이용하여 상이한 레이저 전력들로 펌핑되는 LSP의 예시적인 도면을 예시한다.
도 2b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예를 들어, 도 1a에 예시된 시스템에서, 낮은 개구수(NA)를 갖는 종래의 펌프 모듈을 이용하여 상이한 레이저 전력들로 펌핑되는 LSP의 예시적인 도면을 예시한다.
도 2c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예를 들어, 도 1a에 예시된 시스템에서, 낮은 개구수(NA)를 갖는 종래의 펌프 모듈을 이용하여 상이한 레이저 전력들로 펌핑되는 LSP의 예시적인 도면을 예시한다.
도 2d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예를 들어, 도 1a에 예시된 시스템에서, 낮은 개구수(NA)를 갖는 종래의 펌프 모듈을 이용하여 상이한 레이저 전력들로 펌핑되는 LSP의 예시적인 도면을 예시한다.
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 연속파(continuous wave, CW) 또는 높은 반복 레이트 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다.
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 CW 또는 높은 반복 레이트 펄스 조명에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다.
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다.
도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 낮은 반복 레이트 짧은 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다.
도 4b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 4a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 낮은 반복 레이트 짧은 펄스 조명에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다.
도 4c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 4a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다.
도 5a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 낮은 반복 레이트 긴 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다.
도 5b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 조명에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다.
도 5c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다.
도 6a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 인터레이스형 펄스 조명 소스들에 의해 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다.
도 6b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 인터레이스형 조명 펄스들에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다.
도 6c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다.
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 6c 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합에서 예시된 LSP 조명 시스템과 같은 LSP 조명 소스를 구현하는 광학 특성화 시스템의 개략적 예시이다.
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 6c 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합에서 예시된 LSP 조명 시스템과 같은 LSP 조명 소스를 구현하는 광학 특성화 시스템의 개략적 예시이다.
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
이제 첨부된 도면들에서 예시되는 개시된 요지에 대해 상세히 참조할 것이다. 본 개시는 특히 특정 실시예들 및 이들의 특정 특징들에 대해 도시되고 설명되었다. 본원에 기술된 실시예들은 제한적이기 보다는 예시적으로 간주된다. 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항에서 다양한 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 쉽게 명백할 것이다.
레이저 지속 플라즈마(LSP)들은 웨이퍼 검사 및 계측을 포함하는 다양한 애플리케이션들에서 광대역 광원들로서 사용된다. 일반적으로, LSP-기반 조명 시스템에는 2개의 공간 영역들: 수집 체적 내부 및 수집 체적 외부가 있다. 수집 체적은, 집광 효율이 가장 높은 공간의 체적으로서 정의된다. 이 영역에서 플라즈마 방사율을 증가시키는 것은 조명 시스템의 더 높은 수집가능 전력 및 더 양호한 성능으로 이어진다. LSP에서, 플라즈마의 가장 밝은 부분은 일반적으로 펌프 레이저 초점 근처에 있고, 펌프 레이저 초점은 일반적으로 수집 체적 내에 또는 근처에 배치된다. 플라즈마가 수집 체적 외부에서 성장하면, 플라즈마로부터 방출된 광은 대부분 낭비되는데, 그 이유는 수집 효율이 작기 때문이다. 120 내지 1000 nm 파장 범위에서의 광의 생성을 위해, 이 체적을 약 1 내지 5 eV의 플라즈마로 채우는 것이 유익하다. 플라즈마가 너무 차가워지면, 방출이 낮고; 플라즈마가 너무 뜨겁다면, 플라즈마는 훨씬 더 짧은 파장들로 방출되고, 변환 효율이 저하된다.
LSP-기반 조명 시스템의 동작에서, 가스 온도가 낮을 때, 펌프 레이저 광이 매우 적은 흡수로 이를 통해 이동한다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 가스의 온도가 높을 때, 즉, 플라즈마가 지속되는 경우, 펌프 전력의 흡수가 높다. 따라서, 효율적인 광 소스를 생성하기 위해, 펌프 레이저의 가스 흡수가 수집 체적에서 높고 수집 체적 외부에서 낮은 조건들을 갖는 것, 특히 펌프 레이저 전파의 경로에서 수집 체적을 상당히 초과하지 않는 플라즈마를 생성하는 것이 바람직하다.
도 1a 내지 도 9을 참조하면, 인터레이스형 펄스 조명 소스들로 LSP를 펌핑하기 위한 시스템 및 방법이 본 개시내용에서 제공된다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들을 포함하고, 적어도 하나의 펌프 모듈은 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성된다. 실시예들에서, 시스템은 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들을 더 포함할 수 있다. 각각의 펌프 채널로부터의 펄스들이 시간상 인터레이스되기 때문에, 수집 체적 내부의 펌프 펄스들의 반복 레이트는 개별적으로 채널들 각각의 반복 레이트보다 더 높다. 게다가, 수집 체적 외부에서, 채널들 사이의 공간적 중첩 정도는 작다. 이러한 셋업은 수집 체적 외부에서의 플라즈마의 흡수에 의한 손실 없이 플라즈마의 중심 부분으로(즉, 수집 체적으로) 펌프 레이저 전력의 전달을 가능하게 한다. 다음 펄스가 펌프 채널로부터 도달할 때까지, 이전 펄스에 의해 자신의 경로에 형성된 플라즈마는 이미 냉각되어 펌프 전력을 흡수하지 않는다. 플라즈마의 중심에서, LSP는 연속파(CW)형 방식으로 지속되며, 표준 펄스형 배열들의 듀티 사이클에 의해 제한되지 않는다.
도 1a 내지 도 1c는 LSP를 형성 및/또는 지속함으로써 광대역 조명을 생성하기 위한 LSP 조명 시스템(100)의 실시예들을 예시한다. 플라즈마의 생성은 일반적으로, 2010년 8월 31일에 승인된 미국 특허 제7,786,455호; 및 2008년 10월 14일에 승인된 미국 특허 제7,435,982호에 설명되어 있으며, 상기 특허들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 다양한 플라즈마 셀 설계들 및 플라즈마 제어 메커니즘들은 2016년 4월 19일에 승인된 미국 특허 제9,318,311호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 플라즈마의 생성은 2017년 4월 4일에 승인된 미국 특허 제9,615,439호에 또한 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 플라즈마 셀 및 제어 메커니즘들은 또한 2017년 9월 26일에 승인된 미국 특허 제9,775,226호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 플라즈마 셀 및 제어 메커니즘들은 또한 2015년 11월 10일에 승인된 미국 특허 제9,185,788호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 플라즈마 셀 및 제어 메커니즘들은 또한 2018년 3월 27일에 승인된 미국 특허 제9,927,094호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 일반적인 의미에서, 시스템(100)은 본 기술분야에 알려진 임의의 플라즈마(예컨대, LSP) 기반 조명 소스로 확장되도록 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 LSP 조명 시스템(100)의 개략적인 도면이다. 실시예들에서, 시스템(100)은 적외선(IR) 조명, 가시(VIS) 조명 또는 자외선(UV) 조명과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 선택된 파장 또는 파장 범위의 펌프 조명(107)을 생성하도록 구성된 하나 이상의 펌프 모듈들(110)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 펌프 모듈(110)은 3 테라헤르츠(THz) 내지 3 페타헤르츠(PHz) 범위의 주파수(또는 주파수 대역) 및/또는 100 나노미터(nm) 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 파장(또는 파장들의 범위)을 갖는 조명(107)을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 펌프 모듈들(110)은 IR 및/또는 VIS 스펙트럼 범위들에서 펌프 조명(107)을 방출하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 펌프 모듈들(110)은 UV 스펙트럼 범위에서 펌프 조명(107)을 방출하도록 구성될 수 있다.
각각의 펌프 모듈(110)은 하나 이상의 레이저들을 포함할 수 있다. 일반적인 의미에서, 펌프 모듈(110)은 본 기술분야에 알려진 임의의 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 모듈(110)은 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시 또는 자외선 부분들에서 조명을 방출할 수 있는 본 기술분야에 알려진 임의의 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 펌프 모듈(110)은 CW 조명을 방출하도록 구성되거나, 펄스 조명을 방출하도록 구성되거나, 또는 (예를 들어, 펌프 모듈(110)의 선택된 모드에 기초하여) CW 또는 펄스 조명을 선택적으로 방출하도록 구성된 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 모듈(110)은 Yb 또는 Yt 섬유 레이저, Yb 또는 Yt 디스크 레이저, Nd:YAG 솔리드 스테이트 레이저, Nd:YLF 레이저 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 펌프 모듈(110)은 하나 이상의 비-레이저 소스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 모듈(110)은 전자기 스펙트럼의 적외선, 가시 또는 자외선 부분들에서 불연속적으로 또는 연속적으로 조명을 방출할 수 있는 비-레이저 시스템과 같은 본 기술분야에 알려진 임의의 비-레이저 조명 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 플라즈마(104) 또는 (플라즈마(104)를 생성하기 위한) 플라즈마-형성 재료로 지향되는 펌프 조명(예를 들어, 조명(107A, 107B, 107C, 107D))을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들(110)(예를 들어, 펌프 모듈들(110A, 110B, 110C, 110D))을 포함할 수 있다.
플라즈마(104)(예를 들어, LSP)는, 짧은 펄스들의 반복 레이트가 플라즈마 감쇠 시간의 역수보다 더 높다면, 이러한 짧은 펄스들의 트레인에 의해 지속될 수 있는 것으로 고려된다. 전형적으로, LSP를 소멸시키는 것은 약 1 마이크로초가 걸린다. 따라서, 일부 실시예들에서, 펌프 모듈(110)은, 다음 펌프 펄스가 오프 전환될 기회를 갖기 전에 플라즈마(104)에 도달하는 것을 보장하기 위해, 1 메가헤르츠(MHz) 이상의 반복 레이트로 펄스 조명을 방출하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 펄스 조명 소스의 반복 레이트는 적어도 200 킬로헤르쯔이다. 일부 실시예들에서, 펄스 조명 소스의 반복 레이트는 1 메가헤르츠 내지 1000 메가헤르츠의 범위이다. 일부 실시예들에서, 펄스 조명 소스의 펄스 지속기간은 1 피코초 내지 1000 피코초의 범위이다. 일 실시예에서, 펌프 모듈(110)은 약 100 MHz 반복 레이트 및 약 100 피코초 펄스를 갖는 모드-고정 Nd:YAG 레이저이다. 이들 예들은 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 본 명세서에서 달리 제공되지 않는 한 본 개시내용의 제한들로서 의도되지 않는다.
펌프 모듈(110)은 레이저 광원(예를 들어, 다이오드 레이저, 섬유 레이저, 섬유-결합 다이오드 레이저, 자유 범위 레이저 등)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 또한 레이저 광을 플라즈마(104) 내로 또는 근처로 형상화 및 포커싱하는 광학기(119)의 세트를 포함할 수 있거나 그와 정렬될 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 펌프 모듈들(110a, 110b, 110c, 및 110d)은 펌프 조명(107a, 107b, 107c, 및 107d)을 플라즈마(104) 내로 또는 근처로 형상화 및 및 포커싱하도록 구성된 개개의 광학기(119a, 119b, 119c 및 119d)를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 펌프 모듈(110)은 또한, 출력 조명(115)(예를 들어, 플라즈마(104)에 의해 생성된 광대역 조명)의 적어도 일부가 펌프 모듈(110)로 다시 재지향되는 것을 방지하도록 구성된 적어도 하나의 차단 필터(112)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 펌프 모듈들(110a, 110b, 110c, 및 110d)은 출력 조명(115)의 적어도 일부가 펌프 모듈들(110a, 110b, 110c, 및 110d)로 다시 재지향되는 것을 방지하도록 구성된 개개의 차단 필터들(112a, 112b, 112c, 및 112d)을 가질 수 있다. 하나 이상의 차단 필터들(112)은 플라즈마(104)에 의해 생성된 출력 조명(115)이 하나 이상의 펌프 모듈들(110)에 다시 결합되어, 예를 들어, 광-유도 또는 열 손상으로 인한 성능 저하를 야기하는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차단 필터(112)는 펌프 조명(107)의 하나 이상의 파장들을 투과시키고 플라즈마 방사를 반사시키도록 구성된 또는 플라즈마 방사를 투과시키고 펌프 조명(107)을 반사시키도록 구성된 반사성 이색성 필터를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 차단 필터(112)는 흡수 필터(예를 들어, UV 또는 다른 선택된 스펙트럼 범위를 효율적으로 흡수하는 금-코팅 미러)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차단 필터(112)는 플라즈마(104)를 향해 펌프 조명(107)을 투과시키도록 구성되고, 출력 조명(115)(예를 들어, 광대역 플라즈마 방사)의 적어도 일부가 펌프 모듈(110)에 도달하지 않도록 이를 차단(예를 들어, 반사)하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 차단 필터(112)는 (예를 들어, 펌프 조명(107)을 플라즈마(104)쪽 으로 지향시키기 위해) 펌프 조명(107)을 반사하도록 구성되고, 차단 필터(112)는 출력 조명(115)(예를 들어, 광대역 플라즈마 방사)의 적어도 일부가 펌프 모듈(110)에 도달하지 않도록 이를 투과하도록 구성된다.
도 1a 내지 도 1c는 하나 이상의 펌프 모듈들(110)에 의해 생성된 펌프 조명(107)을 이용하여 플라즈마(104)(예를 들어, LSP)를 생성 및/또는 유지하기 위한 시스템(100)의 실시예들을 예시한다. 그러나, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시예들은 가능한 구현들의 예들로서 제공되며, 시스템(100)은 또한 본 기술분야에 알려진 임의의 LSP 광원 구성에 따라 구현될 수 있다는 것에 유의한다. 또한, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 펌프 모듈들(110)은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 다른 LSP 시스템 아키텍처로 구현될 수 있다.
일반적으로 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 실시예들에서, 시스템(100)은 (예를 들어, 플라즈마(104)를 생성 또는 유지하기 위한) 플라즈마 사이트(102)를 포함한다. 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 셀, 플라즈마 벌브, 챔버, 드럼 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 형성 재료(103)(예를 들어, 가스 또는 가스 혼합물 및/또는 액체 또는 고체 플라즈마 형성 재료)를 포함하거나 지지하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터 플라즈마 형성 재료(103) 상으로/내로 펌프 조명(107)을 포커싱하는 것은 플라즈마 사이트(102)에서 플라즈마 형성 재료(103) 또는 플라즈마(104)의 하나 이상의 선택된 흡수 라인들을 통해 에너지가 흡수되게 할 수 있고, 이로써 플라즈마(104)를 생성 또는 지속하기 위해 플라즈마 형성 재료(103)를 "펌핑"할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도시되지 않았지만, 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 사이트(102)의 내부 체적 내에 플라즈마(104)를 개시하기 위한 전극들의 세트를 포함할 수 있으며, 그에 의해, 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터의 펌프 조명(107)은 전극들에 의한 점화 이후 플라즈마(104)를 유지한다. 플라즈마(104)는, 예를 들어, 가스 종이 더 낮은 에너지 레벨로 완화될 때 광대역 조명을 방출할 수 있다.
일부 실시예들에서, 엑시머(excimer)들은 분자의 여기된 에너지 상태를 표현하는 한정된 엑시머 상태(예를 들어, 플라즈마 형성 재료(103)의 하나 이상의 컴포넌트들과 연관된 한정된 분자 상태)를 생성 및/또는 유지하기에 적합한 온도들로, 생성된 플라즈마(104) 외부의 가스의 체적 내에 형성될 수 있다. 엑시머들은 엑시머의 더 낮은 에너지 상태로 완화(예를 들어, 탈-여기(de-excitation) 등)될 때 자외선 스펙트럼의 조명을 방출할 수 있다. 엑시머의 탈-여기는 엑시머 분자의 해리를 초래할 수 있다. 예를 들어, Ar2 * 엑시머들은 126 nm에서 방출할 수 있고, Kr2 * 엑시머들은 146 nm에서 방출할 수 있고, Xe2 * 엑시머들은 172 nm 또는 175 nm에서 방출할 수 있다. 플라즈마 사이트(102)로부터 나오는 조명의 스펙트럼 콘텐츠는 플라즈마(104) 및/또는 플라즈마 사이트(102) 내의 하나 이상의 엑시머들로부터의 방출과 연관된 스펙트럼 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것에 유의한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 플라즈마 사이트(102)로부터 방출된 조명을 지향시키고 그리고/또는 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 전파 요소들을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 전파 요소들은 투과성 요소들(예를 들어, 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분들, 필터들 등), 반사 요소들(예를 들어, 광대역 조명(115)을 지향시키기 위한 미러들 등), 또는 포커싱 요소들(예를 들어, 조명 광학기(119), 수집 광학기(123), 렌즈들, 포커싱 미러들 등)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
플라즈마 조명의 광대역 방출(115)은 일반적으로, 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터의 펌프 조명(107)의 포커싱된 세기, 플라즈마 형성 재료(103)의 온도, 플라즈마 형성 재료(103)의 압력, 및/또는 플라즈마 형성 재료(103)의 조성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 팩터들에 의해 영향받는다는 것에 유의한다. 추가로, 플라즈마(104) 및/또는 플라즈마 형성 재료(103)(예를 들어, 플라즈마 사이트(102) 내의 하나 이상의 엑시머들)에 의해 방출되는 광대역 조명(115)의 스펙트럼 콘텐츠는 적외선(IR), 가시(VIS), 자외선(UV), 진공 자외선(VUV), 심 자외선(DUV), 또는 극 자외선(EUV) 파장들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 플라즈마(104)는 적어도 600 내지 2000 nm 범위의 파장들을 갖는 가시 및 IR 조명을 방출한다. 다른 실시예에서, 플라즈마(104)는 적어도 200 내지 600 nm 범위의 파장들을 갖는 가시 및 UV 조명을 방출한다. 다른 실시예에서, 플라즈마(104)는 적어도 200 nm 미만의 파장을 갖는 단파장 조명을 방출한다. 추가적 실시예에서, 플라즈마 사이트(102) 내의 하나 이상의 엑시머들은 UV 및/또는 VUV 조명을 방출한다. 본 명세서에서, 본 개시내용은 위에서 설명된 파장 범위들로 제한되지 않으며, 플라즈마 사이트(102) 내의 엑시머들 및/또는 플라즈마(104)는 위에서 제공된 범위들 중 하나의 또는 임의의 조합의 파장들을 갖는 조명을 방출할 수 있다는 것에 유의한다.
시스템(100)은 다양한 플라즈마 형성 재료들(103)을 사용하여 플라즈마(104)를 개시 및/또는 지속하기 위해 활용될 수 있는 것으로 본 명세서에서 고려된다. 일 실시예에서, 플라즈마(104)를 개시 및/또는 유지하는 데 사용되는 플라즈마 형성 재료(103)는 희가스(noble gas), 불활성 가스(예를 들어, 희가스 또는 비-희가스) 및/또는 비-불활성 가스(예를 들어, 수은)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 형성 재료(103)는 가스(예를 들어, 희가스, 비-희가스들 등)와 하나 이상의 가스상 미량 재료들(예를 들어, 금속 할로겐화물들, 전이 금속들 등)의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 본 개시내용에서의 구현에 적합한 가스들은 Xe, Ar, Ne, Kr, He, N2, H2O, O2, H2, D2, F2, CH4, 금속 할로겐화물들, 할로겐들, Hg, Cd, Zn, Sn, Ga, Fe, Li, Na, K, Tl, In, Dy, Ho, Tm, ArXe, ArHg, ArKr, ArRn, KrHg, XeHg 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일반적인 의미에서, 본 개시내용은 임의의 LSP 시스템 및 플라즈마 사이트(102)에서 또는 플라즈마 사이트(102) 내에 플라즈마(104)를 지속하기에 적합한 임의의 타입의 가스 혼합물로 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
플라즈마 사이트(102)는 플라즈마(104)를 개시 및/또는 유지하기에 적합한 본 기술분야에 알려진 임의의 타입의 플라즈마 사이트(102)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 셀을 포함한다. 플라즈마 셀의 사용은 적어도 2017년 9월 26일에 승인된 미국 특허 제9,775,226호; 및 2015년 11월 10일에 승인된 미국 특허 제9,185,788호에 설명되어 있으며, 상기 특허들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 다른 실시예에서, 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 벌브를 포함한다. 플라즈마 벌브의 사용은 적어도 2010년 8월 31일에 승인된 미국 특허 제7,786,455호; 및 2016년 4월 19일에 승인된 미국 특허 제9,318,311호에 설명되어 있으며, 상기 특허들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 명세서에서, 다양한 광학 요소들(예를 들어, 조명 광학기(119), 수집 광학기(123) 등)이 또한 플라즈마 사이트(102) 내에 둘러싸일 수 있다는 것에 유의한다. 일 실시예에서, 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 형성 재료(103) 및 하나 이상의 광학 컴포넌트들을 포함하기에 적합한 챔버이다. 예를 들어, 자립식 가스 챔버의 사용은 2015년 8월 4일에 승인된 미국 특허 제9,099,292호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 사이트(102)(예를 들어, 플라즈마 셀, 플라즈마 벌브, 챔버 등)는 하나 이상의 투명 부분들을 포함한다. 투명 부분들은 플라즈마(104)에 의해 생성된 조명에 대해 적어도 부분적으로 투명한 본 기술분야에 알려진 임의의 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 투명 부분들은, 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터의 IR 조명, 가시적 조명 및/또는 UV 조명(107)에 대해 적어도 부분적으로 투명한 본 기술분야에 공지된 임의의 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 투명 부분들은 플라즈마(104)로부터 방출된 광대역 조명(115)에 대해 적어도 부분적으로 투명한 본 기술분야에 알려진 임의의 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 사이트(102)는 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분들 중 임의의 부분의 흡수 스펙트럼에 대응하는 조명의 파장들을 억제하기 위해 하나 이상의 가스 성분들을 포함하는 플라즈마 형성 재료(103)를 포함한다. 이 실시예와 관련하여, 플라즈마 형성 재료(103)에 의한 원하지 않는 파장들의 억제의 이점들은 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분의 감소된 손상, 감소된 태양화(solarization) 또는 감소된 가열을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분들은 저-OH 함량의 용융 실리카 유리 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분들은 고-OH 함량의 용융 실리카 유리 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분은 SUPRASIL 1, SUPRASIL 2, SUPRASIL 300, SUPRASIL 310, HERALUX PLUS, HERALUX-VUV 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분은 CaF2, MgF2, LiF, 결정질 석영 및 사파이어를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서, CaF2, MgF2, 결정질 석영 및 사파이어와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 재료들이 단파장 조명(예를 들어, λ <190 nm)에 대한 투명성을 제공한다는 것에 유의한다. 본 개시내용의 플라즈마 사이트(102)의 투명 부분(예를 들어, 챔버 윈도우, 유리 벌브, 유리 튜브 또는 투과 요소)에서의 구현에 적합한 다양한 유리들은 A. Schreiber 등의 Illumination Resistance of Quartz Glass for VUV Discharge Lamps, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), 3242-3250에 논의되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에서, 용융 실리카는 190 nm보다 짧은 파장을 갖는 조명에 대해 약간의 투명성을 제공하여, 170 nm만큼 짧은 파장들에 대해 유용한 투명성을 나타낸다는 것에 유의한다.
플라즈마 사이트(102)의 하나 이상의 투명 부분들은 본 기술분야에 알려진 임의의 형상을 취할 수 있다. 일 실시예에서, 투명 부분은 원통형 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 투명 부분은 구형 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 투명 부분은 복합 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 투명 부분의 형상은 2개 이상의 형상들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터 나오는 조명을 플라즈마 사이트(102) 내에 포함된 플라즈마 형성 재료(103)의 체적으로 포커싱하도록 구성된 수집기 요소(예를 들어, 타원체형 또는 구형 수집기 요소)를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 수집기 요소는 플라즈마(104)에 의해 방출된 광대역 조명(115)을 수집하고 광대역 조명(115)을 하나 이상의 추가적인 광학 요소들(예를 들어, 수집 광학기(123), 하나 이상의 필터들, 균질화기(homogenizer)(125) 등)로 지향시키도록 배열된다. 위의 구성은 본 개시내용의 범위에 대한 제한이 아니라는 것에 유의한다. 예를 들어, 시스템(100)은 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터의 조명을 플라즈마 형성 재료(103)의 체적으로 포커싱 및/또는 지향시키기 위한 하나 이상의 반사기 및/또는 초점 광학기 및 플라즈마(104)에 의해 방출된 광대역 조명(115)을 수집하기 위한 수집 광학기의 별개의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 별개의 반사기 광학기 및 수집기 광학기를 포함하는 광학 구성은 2016년 12월 29일에 공개된 미국 특허 공보 제2016/0381776호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
수집기 요소는 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터 나오는 조명을 플라즈마 형성 재료(103) 내로 또는 플라즈마 형성 재료(103) 상에 포커싱하기에 적합한 본 기술분야에 알려진 임의의 물리적 구성을 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수집기 요소는 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터 조명(107)을 수신하고 플라즈마 사이트(102) 내에 포함된 플라즈마 형성 재료(103)의 체적으로 조명(107)을 포커싱하기에 적합한 반사성 내부 표면을 갖는 오목 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집기 요소는 반사성 내부 표면을 갖는 타원체형 수집기 요소를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 수집기 요소는 반사성 내부 표면을 갖는 구형-형상 수집기 요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 수집기 요소(예를 들어, 수집기 요소(105))는 플라즈마(104)에 의해 방출된 광대역 조명(115)을 수집하고 광대역 조명(115)을 하나 이상의 다운스트림 광학 요소들로 지향시킨다. 예를 들어, 하나 이상의 다운스트림 광학 요소들은 수집 광학기(123)(예를 들어, 포커싱 요소들, 필터들 등), 균질화기(125) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 수집기 요소는 플라즈마(104)에 의해 방출된 EUV, DUV, VUV, UV, 가시 및/또는 적외선 조명을 포함하는 광대역 조명(115)을 수집하고, 광대역 조명을 하나 이상의 다운스트림 광학 요소들로 지향시킬 수 있다. 이와 관련하여, 플라즈마 사이트(102)는 검사 도구 또는 계측 도구와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 본 기술분야에 알려진 임의의 광학 특성화 시스템의 다운스트림 광학 요소들에 EUV, DUV, VUV, UV, 가시 및/또는 적외선 조명을 전달할 수 있다. 예를 들어, LSP 시스템(100)은 광대역 검사 도구(예를 들어, 웨이퍼 또는 레티클 검사 도구), 계측 도구 또는 포토리소그래피 도구에 대한 조명 서브시스템 또는 조명기로서 기능할 수 있다. 본 명세서에서, 시스템(100)의 플라즈마 사이트(102)는 EUV, DUV 조명, VUV 조명, UV 조명, 가시적 조명, 및 적외선 조명을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 스펙트럼 범위들에서 유용한 조명을 방출할 수 있다는 것에 유의한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 다양한 추가적인 광학 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가적인 광학기는 플라즈마(104)로부터 발산되는 광대역 조명을 수집하도록 구성된 수집 광학기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 수집기 요소로부터 균질화기(125)와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 다운스트림 광학기로 조명을 지향시키도록 배열된 콜드 미러(예를 들어, 빔 분할기, 샘플러 등으로서 동작함)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 시스템(100)의 조명 경로 또는 수집 경로를 따라 배치된 하나 이상의 추가적인 렌즈들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈들은 하나 이상의 펌프 모듈들(110)로부터의 조명을 플라즈마 형성 재료(103)의 체적으로 포커싱하기 위해 활용될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 추가적인 렌즈들은 플라즈마(104)에 의해 방출된 광대역 조명을 선택된 타겟(도시되지 않음)에 포커싱하기 위해 활용될 수 있다.
본 명세서에서, 위에서 설명되고 도 1a 내지 도 1c에 예시된 바와 같은 시스템(100)의 광학기의 세트는 예시를 위해 제공되며 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것에 유의한다. 다수의 등가의 광학 구성들이 본 개시내용의 범위 내에서 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
LSP 광원 성능의 제한은 더 높은 전력 동작에서의 플라즈마 성장이다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 예를 들어, 도 1a에 예시된 시스템에서, 낮은 개구수(NA)를 갖는 종래의 펌프 모듈을 이용하여 상이한 레이저 전력들로 펌핑되는 LSP의 예시적인 이미지들을 예시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 예시적인 이미지(200)는 0.3의 NA를 갖는 종래의 펌프 모듈을 통해 150 W의 레이저 전력으로 펌핑된 LSP의 수집 영역(202)을 도시한다(NA 공간에서 거의 가우시안 전력 분포를 가짐). 도 2b에 도시된 바와 같이, 예시적인 이미지(210)는 0.3의 NA를 갖는 종래의 펌프 모듈을 통해 250 W의 레이저 전력으로 펌핑된 LSP의 수집 영역(202)을 도시한다(NA 공간에서 거의 가우시안 전력 분포를 가짐). 도 2c에 도시된 바와 같이, 예시적인 이미지(220)는 0.3의 NA를 갖는 종래의 펌프 모듈을 통해 500 W의 레이저 전력으로 펌핑된 LSP의 수집 영역(202)을 도시한다(NA 공간에서 거의 가우시안 전력 분포를 가짐). 도 2d에 도시된 바와 같이, 예시적인 이미지(230)는 0.3의 NA를 갖는 종래의 펌프 모듈을 통해 1000 W의 레이저 전력으로 펌핑된 LSP의 수집 영역(202)을 도시한다(NA 공간에서 거의 가우시안 전력 분포를 가짐).
도 2a 내지 도 2d는 일반적으로, 레이저의 전력이 증가함에 따라 펌프 레이저 빔(204)의 방향에서의 플라즈마 크기의 증가를 예시한다(예를 들어, 도 2a의 150 W에서 도 2d의 1000 W). 플라즈마 크기가 증가함에 따라, 플라즈마는 주변부에서 펌프 레이저 전력을 흡수하여서, 플라즈마 중심으로의 레이저 전력의 전달을 방지한다. 초점에서 더 밝고 더 높은 온도의 플라즈마를 획득하기 위해, 초점에서의 펌프 레이저 세기가 증가해야 한다. 저전력 체제에서, 펌프 레이저 세기는 펌프 레이저 전력을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 고전력 체제에서, 플라즈마가 성장하기 시작하여, 펌프 레이저가 레이저 초점으로부터 점점 더 멀리 흡수되게 하는데, 이는, 펌프가 따뜻한 흡수 플라즈마를 통해 전파되어야 하기 때문이다. 이와 관련하여, 플라즈마 크기가 증가하는 한편 최대 방사가 실질적으로 일정하게 유지되고 결국 감소하기 시작하여, 최대 플라즈마 방사를 제한한다.
펄스 펌프 체제의 하나의 어려움은 듀티 사이클이다. 필적가능한 성능을 획득하기 위해, 펄스 레이저 평균 전력은 CW와 필적가능해야 한다. 그러나, 펄스 체제에서, 이 전력은 짧은 버스트들로 전달된다. 펄스 체제에서의 순시 전력은 CW 체제에서보다 매니폴드가 더 높다. 결국, 플라즈마 순시 방사는 듀티 사이클을 보상하기 위해 CW 체제와 비교하여 훨씬 더 높아야 한다. 따라서, 플라즈마 성능은 (도 3a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이) 다소 상이한 프로세스들에 의해 구동된다. 예를 들어, 플라즈마 레이저 반복 레이트는 플라즈마(예를 들어, 도 3a의 시스템(300))에 대한 냉각 시간보다 훨씬 더 작을 수 있다. 다른 예를 들어, 플라즈마 반복 레이트는 플라즈마(예를 들어, 각각 도 4a, 도 5a의 시스템(400, 500))의 냉각 시간보다 훨씬 더 클 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는, 플라즈마가 수집 영역을 넘어 팽창하는 데 걸리는 것보다 더 짧을 수 있다(예를 들어, 도 4a의 시스템(400)). 다른 예를 들어, 플라즈마는, 플라즈마가 수집 영역을 넘어 팽창하는 데 걸리는 것보다 더 길 수 있다(예를 들어, 도 5a의 시스템(500)).
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 연속파(CW) 또는 높은 반복 레이트 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다. 실시예들에서, 시스템(300)은 펌프 조명(326)을 방출하도록 구성된 펌프 레이저(302)를 포함할 수 있다. 시스템(300)에서, 펌프 조명(326)으로 펌핑된 LSP의 플라즈마 성장은 수집 체적(304)의 내부(308) 및 수집 체적(304)의 외부(306)에서 발생한다.
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 CW 또는 높은 반복 레이트 펄스 조명에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다. 수집 체적(314) 내부의 CW 체제들에 대한 펌프 전력은 수집 체적(316) 외부의 CW에 대한 펌프 전력보다 더 크다. 수집 체적(310) 내부의 높은 반복 레이트 펄스 체제들에 대한 펌프 전력은 수집 체적(312) 외부의 높은 반복 레이트 펄스 체제들에 대한 펌프 전력보다 더 크다.
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 3a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다. 수집 체적(320) 내부의 CW 체제들에 대한 플라즈마 방사율은 수집 체적(324) 외부의 CW에 대한 플라즈마 방사율보다 더 크다. 수집 체적(318) 내부의 높은 반복 레이트 펄스 체제들에 대한 플라즈마 방사율은 수집 체적(322) 외부의 높은 반복 레이트 펄스 체제들에 대한 플라즈마 방사율보다 더 크다.
시스템(300)의 제한은, 플라즈마가 다음 펌프 펄스의 도달 전에 냉각시킬 시간을 갖지 않을 것이라는 점이다. 예를 들어, 플라즈마 냉각의 통상적인 시간들은 약 300 ns이다. 따라서, 약 10 MHz 초과의 반복 주파수들(1:100 또는 그 미만의 듀티 사이클에 대해 약 1 ns 미만의 펄스 지속기간, 10 kW 동작에 대해 약 1 mJ 또는 그 미만의 펄스 에너지를 가짐)은 CW와 거의 동일한 특성들을 갖는 플라즈마를 도출할 것이다.
도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 낮은 반복 레이트 짧은 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다. 실시예들에서, 시스템(400)은 펌프 조명(412)을 방출하도록 구성된 펌프 레이저(402)를 포함할 수 있다. 시스템(400)에서, 펌프 조명(326)으로 펌핑된 LSP의 플라즈마 성장은 오로지 수집 체적(404)의 영역(406) 내부에서만 발생한다.
도 4b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 4a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 낮은 반복 레이트 짧은 펄스 조명에 대한 펌프 전력(408)의 그래픽 플롯의 예이다. 도 4c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 4a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다. 펄스 체제의 불량한 듀티 사이클로 인해, (도 4c에 도시된 바와 같이) CW 플라즈마들의 성능과 매칭하기 위해, 플라즈마의 피크 방사율(410)은 CW 체제에서보다 더 높아야 한다. 추가로, 짧은 시간 내에 수집 체적(404)에 성막된 에너지의 양으로 인해, 순시 플라즈마 온도는 필요한 것보다 더 높은 레이트로 증가한다.
시스템(400)에 대한 제한은, 플라즈마가 과열되고 불량한 듀티 사이클이 있다는 점이다. 예를 들어, 약 1 ns 또는 그보다 짧은 펄스 폭들로 짧은 펄스 체제가 달성된다. 이 체제에서, 모든 전력은 고장 직후에 초점 근처에서 전달된다. 플라즈마에 전달되는 그러한 높은 피크 전력은 타겟 1 내지 5 eV보다 훨씬 더 높은 순시 플라즈마 온도들을 도출한다. 이러한 종류의 플라즈마들은 100 nm 미만의 파장들에서 강하게 방출하고, 방사 및 빠른 단열 팽창에 의해 신속하게 냉각하는 경향이 있어서, 감소된 변환 효율을 도출한다. 1:10000(10 kHz 10 ns)의 통상적인 듀티 사이클의 경우, 피크 레이저 전력은 동일한 평균 전력(도 4a 내지 도 4c)의 CW의 경우보다 약 10000배 더 높다. 따라서, 피크 플라즈마 온도는 또한 CW의 경우(1 내지 2 eV CW와 비교하여 ~10 내지 100 eV 펄싱됨)에서보다 수배 더 높다.
도 5a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 낮은 반복 레이트 긴 펄스 조명으로 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다. 실시예들에서, 시스템(500)은 펌프 조명(518)을 방출하도록 구성된 펌프 레이저(502)를 포함할 수 있다. 시스템(500)에서, 펌프 조명(518)으로 펌핑된 LSP의 플라즈마 성장은 수집 체적(504)의 내부(508) 및 수집 체적(504)의 외부(506)에서 발생한다.
도 5b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 조명에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다. 수집 체적(510) 내부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 체제들에 대한 펌프 전력은 수집 체적(512) 외부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 체제들에 대한 펌프 전력보다 더 크다.
도 5c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 5a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다. 수집 체적(514) 내부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 체제들에 대한 플라즈마 방사율은 수집 체적(516) 외부의 낮은 반복 레이트 긴 펄스 체제들에 대한 플라즈마 방사율보다 더 크다.
시스템(500)에 대한 제한은, 플라즈마 에지에서의 펌프 전력 성막에 의해 플라즈마 성장이 가속된다는 점이다. 중심의 플라즈마는 파괴 펌프 강도가 달성될 때까지 시작되지 않는다. 추가로, 플라즈마에 대한 지연(520)이 (도 5b 및 5c에 도시된 바와 같이) 파괴 영역의 외부로 이동한다. 펌프 전력은 플라즈마가 펌프 조명(518)으로부터 에너지를 방출하기 시작하기 전에 시작된다.
도 6a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 인터레이스형 펄스 조명 소스들에 의해 펌핑되는 LSP의 플라즈마 성장을 예시한다. 도 6b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따라, 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부 및 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 외부의 인터레이스형 조명 펄스들에 대한 펌프 전력의 그래픽 플롯의 예이다. 도 6c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 6a에 예시된 LSP의 수집 체적 내부의 플라즈마 방사율의 그래픽 플롯의 예이다.
실시예들에서, 시스템(600)은 LSP(606)에 대한 펌프 조명(608A, 608B, 608N)의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 하나 이상의 펌프 모듈들(602)을 포함한다. 예를 들어, 시스템(600)은 제1 펌프 모듈(602A), 제2 펌프 모듈(602B), 최대 N개의 펌프 모듈들(602N)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 펌프 모듈들(602) 중 적어도 하나의 펌프 모듈(602A, 602B, 602N)은 적어도, 하나 이상의 펌프 모듈들(602) 중 적어도 하나의 다른 펌프 모듈(602A, 602B, 602N)에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 펌프 모듈(602A)에 의해 생성된 제1 트레인 펌프 펄스들은 제2 펌프 모듈(602B)에 의해 생성된 펌프 펄스들의 제2 트레인과 시간상 인터레이스될 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 트레인 펌프, 제2 트레인 펌프, 제3 트레인 펌프, 및 제4 트레인 펌프가 각각 인터레이스될 수 있다.
본 명세서에서, 도 6a에 도시된 펌프 모듈들의 배열은 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것으로 고려된다. 예를 들어, 시스템(600)은 임의의 수의 펌프 모듈들(602)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 하나 이상의 펌프 모듈들(602)은 임의의 배열로 포지셔닝될 수 있다.
실시예들에서, 시스템(600)은 하나 이상의 펌프 모듈들(602)로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 LSP(606)의 수집 체적(604)으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 경로들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 비-공선형 조명 경로들은 수집 체적(604) 외부에서 중첩되지 않는다. 다른 실시예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 복수의 비-공선형 조명 경로들은 수집 체적(604)의 중심에서 또는 그 근처에서 중첩된다.
일부 실시예들에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 복수의 비-공선형 조명 경로들은 펌프 조명의 개개의 펄스들을 상이한 방향들로부터 수집 체적(604)으로 지향시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 펌프 모듈들(602)의 개개의 초점 스팟들은 공간의 상이한 위치들에 포지셔닝될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수집 용적(604)에 전달되는 총 펌프 동력은 하나 이상의 펌프 모듈들(602)의 개별 펌프 모듈들에 의해 수집 용적(604)에 전달되는 개별 펌프 동력들의 합일 수 있다. 펌프 펄스들의 각각의 트레인(예를 들어, 도 6b의 608)이 하나 이상의 펌프 모듈들(602)에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되기 때문에(예를 들어, 도 6b의 610), 수집 체적(606) 내부의 펌프 펄스 반복 레이트는 하나 이상의 펌프 모듈들(602) 중 개별 펌프 모듈의 반복 레이트보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 수집 체적(606) 내부의 펌프 펄스 반복 레이트는 적어도
Figure pct00001
일 수 있고, 여기서 t는 LSP(604)의 냉각 시간이다.
수집 체적 외부에서, 비-공선형 조명 경로들 사이의 중첩 정도는 작을 수 있다. 하나 이상의 펌프 모듈들(602)의 개별 펌프 모듈의 펄스 폭은 적어도
Figure pct00002
일 수 있고, 여기서 t는 LSP(606)의 냉각 시간이고, n은 펌프 모듈들(602N)의 수이다.
일부 실시예들에서, 시스템(600)은 LSP(606)에 대한 연속파(CW) 펌프 조명을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 펌프 모듈을 포함한다. 적어도 하나의 추가적인 펌프 모듈은, 수집 체적(604) 내부의 펌프 펄스 반복 레이트가
Figure pct00003
미만일 때, CW 펌프 조명으로 LSP(606)를 유지하도록 구성될 수 있고, 여기서 t는 LSP(606)의 냉각 시간이다.
300 ns의 플라즈마 냉각 시간 및 10 개의 펌프 채널들이 주어지면, 요구되는 레이저 반복 주파수는 약 3 MHz이어야 한다. 펄스들이 플라즈마 중심에서 중첩되기 위해, 펄스들의 지속기간은 약 30 ns이어야 한다. 30 kW 시스템의 경우, 펄스 에너지는 10 mJ이다. 이러한 동작을 위해, 가장 밝은 체적의 크기는 약 0.3mm이어야 하며, 이는 5 kW에서 동작하는 CW 플라즈마 크기에 대해 유사하고 약 1 mm 초과의 크기의 30kW CW 플라즈마보다 훨씬 더 작다. 따라서, 6배 더 높은 전력이 플라즈마 중심에 전달될 수 있다.
본 명세서에서, 시스템(600)이 알려진 시스템들에 비해 다수의 개선들을 제공하는 것으로 고려된다. 먼저, 시스템(600)은 수집 체적 외부에서의 플라즈마의 흡수에 의한 손실 없이 플라즈마의 중심 부분(예를 들어, 수집 체적)으로의 펌프 레이저 전력의 전달을 가능하게 한다(예를 들어, 수집 체적 내부의 플라즈마 방사율(612)이 도시된 도 6c에 예시된 바와 같음). 다음 펄스가 하나 이상의 펌프 모듈들로부터 도달할 때까지, 이전 펄스에 의해 자신의 경로에 형성된 플라즈마는 이미 냉각되어 펌프 전력을 흡수하지 않는다. 플라즈마의 중심에서, 이는 CW형 방식으로 지속되며, 따라서 표준 펄스형 배열들의 듀티 사이클에 의해 제한되지 않는다. 하나 이상의 펌프 모듈들 각각에 대한 반복 레이트가 더 낮고 플라즈마가 이들의 경로 상에서 냉각될 시간을 갖기 때문에, 레이저 펄스들 각각은 플라즈마 흡수 없이 수집 체적으로 전파된다. 수집 체적 내에서, 상이한 하나 이상의 펌프 모듈들로부터의 펌프 레이저 펄스들이 인터레이스하여, CW 플라즈마를 지속하는 펌프 전력 세기를 유지한다.
둘째, 플라즈마가 수집 체적 내부에 항상 존재하기 때문에, 플라즈마에 의해 효율적으로 흡수되면, 각각의 펄스의 선행 에지가 된다. 낮은 반복 레이트 펄스 동작에서, 펌프 펄스의 선행 에지는 파괴가 발생할 때까지 흡수 없이 수집 체적을 통과한다.
셋째, 플라즈마의 크기는 CW 펌프와 비교하여 감소될 수 있으며, 그에 따라, LSP를 더 효율적이 되게 하고 더 높은 수집가능 방사 휘도를 달성할 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, LSP 조명 시스템(100)을 구현하는 광학 특성화 시스템(700)의 간략화된 개략도를 예시한다. 일 실시예에서, 시스템(700)은 LSP 조명 시스템(100), 조명 아암(703), 수집 아암(705), 검출기 조립체(714), 및 하나 이상의 프로세서들(720) 및 메모리(722)를 포함하는 제어기(718)를 포함한다.
본 명세서에서, 시스템(700)은 임의의 이미징, 검사, 계측, 리소그래피, 또는 본 기술분야에 알려진 다른 특성화 시스템을 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 이와 관련하여, 시스템(700)은 표본(707)에 대해 검사, 광학 계측, 리소그래피, 및/또는 임의의 형태의 이미징을 수행하도록 구성될 수 있다. 표본(707)은 웨이퍼, 레티클/포토마스크 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 기술분야에 알려진 임의의 샘플을 포함할 수 있다. 시스템(700)은 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 LSP 조명 시스템(100)의 다양한 실시예들 중 하나 이상을 통합할 수 있다는 것에 유의한다.
일 실시예에서, 표본(707)은 표본(707)의 이동을 용이하게 하기 위해 스테이지 조립체(712) 상에 배치된다. 스테이지 조립체(712)는 X-Y 스테이지, R-θ 스테이지 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 기술분야에 알려진 임의의 스테이지 조립체(712)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스테이지 조립체(712)는 표본(707)에 대한 초점을 유지하기 위해 검사 또는 이미징 동안 표본(707)의 높이를 조정할 수 있다.
다른 실시예에서, 조명 아암(703)은 LSP 조명 시스템(100)으로부터의 조명(115)을 표본(707)으로 지향시키도록 구성된다. 조명 아암(703)은 본 기술분야에 알려진 임의의 수 및 유형의 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명 아암(703)은 하나 이상의 광학 요소들(702), 빔 분할기(704) 및 대물 렌즈(706)를 포함한다. 이와 관련하여, 조명 아암(703)은 LSP 조명 시스템(100)으로부터의 조명(115)을 견본(707)의 표면 상에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광학 요소들(702)은, 하나 이상의 미러들, 하나 이상의 렌즈들, 하나 이상의 편광기들, 하나 이상의 격자들, 하나 이상의 필터들, 하나 이상의 빔 분할기들 등을 포함하지만, 이제 제한되지 않는 본 기술분야에 알려진 임의의 광학 요소들 또는 광학 요소들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 수집 아암(705)은 표본(707)으로부터 반사, 산란, 회절 및/또는 방출된 광을 수집하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 수집 아암(705)은 표본(707)으로부터의 광을 검출기 조립체(714)의 센서(716)로 지향시키고 그리고/또는 포커싱할 수 있다. 센서(716) 및 검출기 조립체(714)는 본 기술분야에 알려진 임의의 센서 및 검출기 조립체를 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 센서(716)는 CCD(charge-coupled device) 검출기, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 검출기, TDI(time-delay integration) 검출기, PMT(photomultiplier tube), APD(avalanche photodiode) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 추가로, 센서(716)는 라인 센서 또는 전자-충격된 라인 센서를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
다른 실시예에서, 검출기 조립체(714)는 하나 이상의 프로세서들(720) 및 메모리(722)를 포함하는 제어기(718)에 통신가능하게 결합된다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들(720)은 메모리(722)에 통신가능하게 결합될 수 있으며, 하나 이상의 프로세서들(720)은 메모리(722) 상에 저장된 프로그램 명령들의 세트를 실행하도록 구성된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서들(720)은 검출기 조립체(714)의 출력을 분석하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 프로그램 명령들의 세트는 하나 이상의 프로세서들(720)로 하여금 표본(707)의 하나 이상의 특성들을 분석하게 하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 프로그램 명령들의 세트는, 표본(707) 및/또는 센서(716)에 대한 초점을 유지하기 위해, 하나 이상의 프로세서들(720)로 하여금 시스템(700)의 하나 이상의 특성들을 수정하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들(720)은 LSP 조명 시스템(100)으로부터의 조명(115)을 표본(707)의 표면 상에 포커싱하기 위해 대물 렌즈(706) 또는 하나 이상의 광학 요소들(702)을 조정하도록 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들(720)은 표본(707)의 표면으로부터 조명을 수집하고 수집된 조명을 센서(716) 상에 포커싱하기 위해 대물 렌즈(706) 및/또는 하나 이상의 광학 요소들(710)을 조정하도록 구성될 수 있다.
시스템(700)은 암시야 구성, 명시야 배향 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 기술분야에 알려진 임의의 광학 구성으로 구성될 수 있다는 것에 유의한다.
본 명세서에서, 시스템(100) 및/또는 시스템(700)의 하나 이상의 컴포넌트들은 본 기술분야에 알려진 임의의 방식으로 시스템(100) 및/또는 시스템(700)의 다양한 다른 컴포넌트들에 통신가능하게 결합될 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, LSP 조명 시스템(100), 검출기 조립체(714), 제어기(718) 및 하나 이상의 프로세서들(720)은 유선(예를 들어, 구리 와이어, 광섬유 케이블 등) 또는 무선 연결(예를 들어, RF 결합, IR 결합, 데이터 네트워크 통신(예를 들어, WiFi, WiMax, 블루투스 등))을 통해 서로 및 다른 컴포넌트들에 통신가능하게 결합될 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 반사 측정 및/또는 타원 측정 구성으로 배열된 광학 특성화 시스템(800)의 간략화된 개략도를 예시한다. 도 7에 예시된 시스템(700)과 관련하여 설명된 다양한 실시예들 및 컴포넌트들이 도 8에 예시된 시스템(800)으로 확장되도록 해석될 수 있다는 것에 유의한다. 게다가, 시스템(800)은 본 기술분야에 알려진 임의의 타입의 계측 시스템을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(800)은 LSP 조명 시스템(100), 조명 아암(816), 수집 아암(818), 검출기 조립체(828), 및 하나 이상의 프로세서들(834) 및 메모리(836)를 포함하는 제어기(832)를 포함한다.
이 실시예에서, LSP 조명 소스로부터의 광대역 조명(115)은 조명 아암(816)을 통해 표본(807)으로 지향된다. 시스템(800)은 수집 아암(818)을 통해 샘플로부터 나오는 조명을 수집할 수 있다. 조명 아암(816)은 광대역 빔(115)을 수정 및/또는 컨디셔닝하기에 적합한 하나 이상의 빔 컨디셔닝 컴포넌트들(820)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 빔 컨디셔닝 컴포넌트들(820)은 하나 이상의 편광기들, 하나 이상의 필터들, 하나 이상의 빔 분할기들, 하나 이상의 디퓨저들, 하나 이상의 균질화기들, 하나 이상의 아포다이저(apodizer)들, 또는 하나 이상의 빔 성형기들 또는 하나 이상의 렌즈들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
실시예들에서, 조명 아암(816)은 샘플 스테이지(812) 상에 배치된 표본(807) 상에 빔(115)을 포커싱하고 그리고/또는 지향시키기 위해 제1 포커싱 요소(822)를 활용할 수 있다. 수집 아암(818)은 표본(807)로부터 조명을 수집하기 위한 제2 포커싱 요소(826)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 검출기 조립체(828)는 표본(807)으로부터 수집 아암(818)을 통해 나오는 조명을 캡처하도록 구성된다. 예를 들어, 검출기 조립체(828)는 표본(807)으로부터 (예를 들어, 정반사, 확산 반사 등을 통해) 반사되거나 산란된 조명을 수신할 수 있다. 다른 예를 들어, 검출기 조립체(828)는 표본(807)에 의해 생성된 조명(예를 들어, 빔(115)의 흡수와 연관된 발광 등)을 수신할 수 있다. 검출기 조립체(828)는 본 기술분야에 알려진 임의의 센서 및 검출기 조립체를 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 센서는 CCD 검출기, CMOS 검출기, TDI 검출기, PMT, APD 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
수집 아암(818)은, 하나 이상의 렌즈들, 하나 이상의 필터들, 하나 이상의 편광기들 또는 하나 이상의 위상 플레이트들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 제2 포커싱 요소(826)에 의해 수집된 조명을 지향시키고 그리고/또는 수정하기 위해 임의의 수의 수집 빔 컨디셔닝 요소들(830)을 더 포함할 수 있다.
시스템(800)은, 하나 이상의 조명 각도들을 갖는 분광 타원계, (예를 들어, 회전 보상기들을 사용하는) 뮬러(Mueller) 매트릭스 요소들을 측정하기 위한 분광 타원계, 단일 파장 타원계, 각도 분해 타원계(예를 들어, 빔-프로파일 타원계), 분광 반사계, 단일 파장 반사계, 각도 분해 반사계(예를 들어, 빔-프로파일 반사계), 이미징 시스템, 동공 이미징 시스템, 스펙트럼 이미징 시스템, 또는 산란계와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 본 기술분야에 알려진 임의의 타입의 계측 도구로서 구성될 수 있다.
본 개시내용의 다양한 실시예들에서의 구현에 적합한 검사/계측 도구들의 설명들은, 2011년 6월 7일에 발행되고 발명의 명칭이 "Split Field Inspection System Using Small Catadioptric Objectives"인 미국 특허 제7,957,066호; 2007년 1월 4일에 발행되고 발명의 명칭이 "Beam Delivery System for Laser Dark-Field Illumination in a Catadioptric Optical System"인 미국 특허 제7,345,825호; 1999년 12월 7일에 발행되고 발명의 명칭이 "Ultra-broadband UV Microscope Imaging System with Wide Range Zoom Capability"인 미국 특허 제5,999,310호; 2009년 4월 28일에 발행되고 발명의 명칭이 "Surface Inspection System Using Laser Line Illumination with Two Dimensional Imaging"인 미국 특허 제7,525,649호; Wang 등에 의해 2016년 1월 5일에 발행되고 발명의 명칭이 "Dynamically Adjustable Semiconductor Metrology System"인 미국 특허 제9,228,943호; Piwonka-Corle 등에 의해 1997년 3월 4일에 발행되고 발명의 명칭이 "Focused Beam Spectroscopic Ellipsometry Method and System"인 미국 특허 제5,608,526호; 및 Rosencwaig 등에 의해 2001년 10월 2일에 발행되고 발명의 명칭이 "Apparatus for Analyzing Multi-Layer Thin Film Stacks on Semiconductors"인 미국 특허 제6,297,880호에 제공되어 있고, 상기 특허들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시내용의 하나 이상의 프로세서들(720/834)은 당업계에 공지된 임의의 프로세싱 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 하나 이상의 프로세서들(720/834)은 소프트웨어 알고리즘들 및/또는 명령들을 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서-유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 단계들은 단일 컴퓨터 시스템 또는 대안적으로 다수의 컴퓨터 시스템들에 의해 수행될 수 있음을 인식해야 한다. 일반적으로, 용어 "프로세서"는, 비일시적 메모리 매체(722/836)로부터의 프로그램 명령들을 실행하는 하나 이상의 프로세싱 및/또는 로직 요소들을 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수 있다. 더욱이, 개시된 다양한 시스템들의 상이한 서브시스템들은 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 단계들 중 적어도 일부를 수행하기에 적합한 프로세서 및/또는 로직 요소들을 포함할 수 있다.
메모리 매체(722/836)는 연관된 하나 이상의 프로세서들(720/834)에 의해 실행가능한 프로그램 명령들을 저장하는데 적합한 당업계에 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(722/836)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(722/836)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예를 들어, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 메모리(722/836)는 본 명세서에서 설명된 다양한 단계들의 하나 이상의 결과들 및/또는 출력들을 저장하도록 구성된다. 메모리(722/836)는 하나 이상의 프로세서들(720/834)을 수납하는 공통 제어기에 수납될 수 있는 것에 추가로 유의한다. 대안적인 실시예에서, 메모리 매체(722/836)는 하나 이상의 프로세서들(720/834)의 물리적 위치에 대해 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들(720/834)은 네트워크(예를 들어, 인터넷, 인트라넷 등)를 통해 액세스가능한 원격 메모리(예를 들어, 서버)에 액세스할 수 있다. 이와 관련하여, 제어기(718/832)의 하나 이상의 프로세서들(720/834)은 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 프로세스 단계들 중 임의의 것을 실행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 LSP 조명 시스템(100) 및 시스템들(700, 800)은 프로세스 도구에 물리적으로 결합되지 않은 도구로서 본 명세서에서 해석되는 "독립형 도구"로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 검사 또는 계측 시스템은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 송신 매체에 의해 프로세스 도구(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 프로세스 도구는 리소그래피 도구, 에칭 도구, 성막 도구, 연마 도구, 도금 도구, 세정 도구, 또는 이온 주입 도구와 같은, 본 기술분야에 알려진 임의의 프로세스 도구를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 시스템들에 의해 수행되는 검사 또는 측정의 결과들은 피드백 제어 기술, 피드포워드 제어 기술 및/또는 인-시튜 제어 기술을 사용하여 프로세스 또는 프로세스 도구의 파라미터를 변경하는 데 사용될 수 있다. 프로세스 또는 프로세스 도구의 파라미터는 수동으로 또는 자동으로 변경될 수 있다.
LSP 조명 시스템(100) 및 시스템들(700, 800)의 실시예들은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 추가로 구성될 수 있다. 또한, LSP 조명 시스템(100) 및 시스템들(700, 800)은 본 명세서에서 설명된 방법 구현(들)(예를 들어, 방법(900)) 중 임의의 것의 임의의 다른 단계(들)를 수행하도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, LSP를 펌핑(즉, 지속)하는 방법(900)을 예시하는 흐름도이다. 단계(902)에서, 방법(900)은, 적어도 하나의 펌프 모듈을 통해, 복수의 펌프 모듈들(110)의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성함으로써, 복수의 펌프 모듈들(110)(예를 들어, 110a-110d 등)로 LSP(104)에 대한 펌프 조명의 펄스들을 생성하는 단계를 포함한다. 단계(904)에서, 방법(900)은 비-공선형 조명 경로들을 따라 복수의 펌프 모듈들(110)로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 LSP(104)의 수집 체적 내로 지향시키는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에서 설명된 요지는 때때로 다른 컴포넌트들 내에 포함되거나 그에 연결된 상이한 컴포넌트들을 예시한다. 이러한 예시된 아키텍처들은 단지 예시적이며, 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 개념적 관점에서, 동일한 기능을 달성하는 컴포넌트들의 임의의 배열은, 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관된다". 따라서, 본원에서 특정 기능을 달성하도록 조합된 임의의 2개의 컴포넌트들은, 아키텍처들 또는 중간적 컴포넌트들과 무관하게 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관되는" 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "결합가능한" 것으로 간주될 수 있다. 결합가능한 특정 예시들은 물리적으로 상호작용가능한 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 무선으로 상호작용가능한 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 논리적으로 상호작용가능한 및/또는 논리적으로 상호작용하는 컴포넌트들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 개시 및 그에 수반되는 많은 이점들은 전술한 설명에 의해 이해될 것이며, 개시된 요지를 벗어나지 않으면서 또는 이의 실질적 이점들 모두를 희생하지 않으면서 컴포넌트들의 형태, 구성 및 배열에서 다양한 변화들이 행해질 수 있음은 자명할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적인 것이며, 다음의 청구항들의 의도는 그러한 변화들을 아우르고 포함하는 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것을 이해해야 한다.

Claims (34)

  1. 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하기 위한 시스템으로서,
    상기 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들 - 상기 복수의 펌프 모듈들 중 적어도 하나의 펌프 모듈은 상기 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인(train)과 시간상 인터레이스되는(interlaced) 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 상기 개개의 펄스들을 상기 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들(non-collinear ilumination paths)
    을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적 외부에서 중첩되지 않는 것인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적의 중심에서 또는 그 근처에서 중첩되는 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 펌프 조명의 상기 개개의 펄스들을 상이한 방향들로부터 상기 수집 체적 내로 지향시키도록 구성되는 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들의 개개의 초점 스팟들은 공간 내의 상이한 위치들에 포지셔닝되는 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수집 체적에 전달되는 총 펌프 전력은 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈들에 의해 상기 수집 체적으로 전달되는 개별 펌프 전력들의 합인 것인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트는 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈의 반복 레이트보다 더 높은 것인, 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 상기 펌프 펄스 반복 레이트는 적어도
    Figure pct00004
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간(cool-down time)인 것인, 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들 중 상기 개별 펌프 모듈의 펄스 폭은 적어도
    Figure pct00005
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간이고, n은 펌프 모듈들의 수인 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 지속 플라즈마에 대한 연속파(continuous wave, CW) 펌프 조명을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 펌프 모듈을 더 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가적인 펌프 모듈은, 상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트가
    Figure pct00006
    미만일 때, 상기 연속파 펌프 조명으로 상기 레이저 지속 플라즈마를 유지하도록 구성되고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간인 것인, 시스템.
  12. 광대역 조명을 생성하기 위한 시스템으로서,
    플라즈마 형성 재료;
    상기 플라즈마 형성 재료를 여기시킴으로써 생성되는 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 개개의 펄스들을 생성하도록 구성된 복수의 펌프 모듈들 - 상기 복수의 펌프 모듈들 중 적어도 하나의 펌프 모듈은 상기 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 상기 개개의 펄스들을 상기 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키도록 구성된 복수의 비-공선형 조명 경로들
    을 포함하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적 외부에서 중첩되지 않는 것인, 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적의 중심에서 또는 그 근처에서 중첩되는 것인, 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 펌프 조명의 상기 개개의 펄스들을 상이한 방향들로부터 상기 수집 체적 내로 지향시키도록 구성되는 것인, 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들의 개개의 초점 스팟들은 공간 내의 상이한 위치들에 포지셔닝되는 것인, 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 수집 체적에 전달되는 총 펌프 전력은 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈들에 의해 상기 수집 체적으로 전달되는 개별 펌프 전력들의 합인 것인, 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트는 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈의 반복 레이트보다 더 높은 것인, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 상기 펌프 펄스 반복 레이트는 적어도
    Figure pct00007
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간인 것인, 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들 중 상기 개별 펌프 모듈의 펄스 폭은 적어도
    Figure pct00008
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간이고, n은 펌프 모듈들의 수인 것인, 시스템.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 레이저 지속 플라즈마에 대한 연속파(CW) 펌프 조명을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 추가적인 펌프 모듈을 더 포함하는, 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가적인 펌프 모듈은, 상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트가
    Figure pct00009
    미만일 때, 상기 연속파 펌프 조명으로 상기 레이저 지속 플라즈마를 유지하도록 구성되고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간인 것인, 시스템.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 레이저 지속 플라즈마에 의해 방출된 광대역 조명을 수신하도록 구성되고 또한 상기 광대역 조명을 출력으로 지향시키도록 구성되는 하나 이상의 수집 광학기를 더 포함하는, 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 출력은 계측 시스템 또는 검사 시스템 중 적어도 하나에 대한 조명기 출력을 포함하는 것인, 시스템.
  25. 레이저 지속 플라즈마를 펌핑하는 방법으로서,
    적어도 하나의 펌프 모듈을 통해, 복수의 펌프 모듈들의 적어도 하나의 다른 펌프 모듈에 의해 생성된 펌프 펄스들의 다른 트레인과 시간상 인터레이스되는 펌프 펄스들의 트레인을 생성함으로써, 상기 복수의 펌프 모듈들로 레이저 지속 플라즈마에 대한 펌프 조명의 펄스들을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 펌프 모듈들로부터의 펌프 조명의 개개의 펄스들을 복수의 비-공선형 조명 경로들을 따라 상기 레이저 지속 플라즈마의 수집 체적으로 지향시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적 외부에서 중첩되지 않는 것인, 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 상기 수집 체적의 중심에서 또는 그 근처에서 중첩되는 것인, 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 비-공선형 조명 경로들은 펌프 조명의 상기 개개의 펄스들을 상이한 방향들로부터 상기 수집 체적 내로 지향시키도록 구성되는 것인, 방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들의 개개의 초점 스팟들은 공간 내의 상이한 위치들에 포지셔닝되는 것인, 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 수집 체적에 전달되는 총 펌프 전력은 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈들에 의해 상기 수집 체적으로 전달되는 개별 펌프 전력들의 합인 것인, 방법.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트는 상기 복수의 펌프 모듈들 중 개별 펌프 모듈의 반복 레이트보다 더 높은 것인, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 상기 펌프 펄스 반복 레이트는 적어도
    Figure pct00010
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간인 것인, 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 복수의 펌프 모듈들 중 상기 개별 펌프 모듈의 펄스 폭은 적어도
    Figure pct00011
    이고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간이고, n은 펌프 모듈들의 수인 것인, 방법.
  34. 제25항에 있어서,
    상기 수집 체적 내부의 펌프 펄스 반복 레이트가
    Figure pct00012
    미만일 때, 연속파 펌프 조명으로 상기 레이저 지속 플라즈마를 유지하는 단계를 더 포함하고, t는 상기 레이저 지속 플라즈마의 냉각 시간인 것인, 방법.
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