KR20220031222A - 극자외선 광원 시스템 - Google Patents

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KR20220031222A
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ultraviolet light
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김성협
길명준
남예빈
이인재
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시의 일 실시예는, 내부 공간을 제1 기압으로 유지하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 액적을 제1 경로로 방출하는 액적 공급부; 상기 제1 경로 상의 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하여 플라즈마를 생성하는 광원부; 및 상기 챔버 내에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 제1 경로 상에 배치되며, 상기 레이저가 조사된 상기 액적의 잔해물을 상기 제1 기압 보다 낮은 제2 기압으로 흡입하는 흡입부를 포함하며, 상기 흡입부는 상기 챔버의 측벽에서 상기 초점을 항하여 돌출된 노즐을 가지며, 상기 노즐의 단부는 상기 챔버의 측벽 보다 상기 초점과 인접하는 극자외선 광원 시스템을 제공한다.

Description

극자외선 광원 시스템{EXTREME ULTRA VOILET LIGHT SOURCE SYSTEM}
본 개시는 극자외선 광원 시스템에 관한 것이다.
최근에, 반도체 소자의 미세한 가공을 위해, 극자외선 광(extreme ultra violet)을 이용하는 리소그래피(lithography) 공정이 제안되고 있다. 리소그래피(lithography) 공정에 의하여 형성되는 회로의 최소 가공 치수는 광원의 파장에 의존한다. 따라서, 반도체 소자를 더욱 미세하게 가공하기 위해서는 리소그래피 공정에서 사용되는 광원의 단파장화가 필요하다. 극자외선 광은 약 1 내지 100㎚의 파장을 갖는다. 극자외선 광은 모든 물질에 대해 흡수율이 높기 때문에, 렌즈 등의 투과형 광학계를 이용하기 어렵고, 반사형 광학계를 이용한다. 극자외선 광원의 광 생성은 레이저 조사 방식에 의한 광원 플라즈마 생성(Laser Produced Plasma, LPP)방법이 사용되고 있다.
본 개시에서 해결하려는 과제는, 챔버의 내부공간 또는 마스크가 액적의 잔해물에 의해 오염되는 것이 방지되는 극자외선 광원 시스템을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 실시예는, 내부 공간을 제1 기압으로 유지하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 액적을 제1 경로로 방출하는 액적 공급부; 상기 제1 경로 상의 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하여 플라즈마를 생성하는 광원부; 및 상기 챔버 내에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 제1 경로 상에 배치되며, 상기 레이저가 조사된 상기 액적의 잔해물을 상기 제1 기압 보다 낮은 제2 기압으로 흡입하는 흡입부를 포함하며, 상기 흡입부는 상기 챔버의 측벽에서 상기 초점을 항하여 돌출된 노즐을 가지며, 상기 노즐의 단부는 상기 챔버의 측벽 보다 상기 초점과 인접하는 극자외선 광원 시스템을 제공한다.
본 개시의 일 실시예는, 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 챔버의 내부 공간을 가로지르는 제1 경로를 따라 액적을 배출하도록 정렬된 액적 공급부; 상기 제1 경로 상의 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및 상기 제1 경로 상에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 챔버 내에 배치되며 단부가 상기 초점에서 1.4㎜ 내지 20㎜ 이격되며 상기 챔버 내의 기압보다 낮은 기압으로 상기 액적의 잔해물을 흡입하는 흡입부를 포함하는 극자외선 광원 시스템을 제공한다.
본 개시의 일 실시예는, 집광 미러를 갖는 챔버; 상기 집광 미러의 상부를 가로지르는 제1 경로를 따라서 액적을 배출하도록 정렬되며 상기 챔버의 일 측벽에 배치된 액적 공급부; 상기 제1 경로 상의 제1 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및 상기 제1 경로 상에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 챔버의 타 측벽에 배치되며 상기 제1 초점에 인접하도록 돌출된 노즐을 가지며 상기 챔버 내의 기압보다 적어도 0.4 torr 낮은 기압으로 상기 액적의 잔해물을 흡입하는 흡입부를 포함하는 극자외선 광원 시스템을 제공한다.
챔버의 내부공간 또는 마스크가 액적의 잔해물에 의해 오염되는 것이 방지되는 극자외선 광원 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선 광원 시스템을 채용한 극자외선 노광 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선 광원 시스템을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 3의 노즐부를 확대한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 극자외선 광원 시스템에 채용된 흡입부의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 비교 예와 일실시예의 챔버 내부의 기류를 시뮬레이션한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선 광원을 채용한 극자외선 노광 설비를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선 광원을 개략적으로 도시한 측단면도이며, 도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 극자외선 노광 설비(1)는 노광 챔버(80), 극자외선 광원 시스템(SO), 리소그래피 장치(LA), 투영 시스템(PS), 상부 정전척(electrostatic chuck, ESC)(62) 및 하부 정전척(70)을 포함할 수 있다.
노광 챔버(80)는 내부 공간(81)을 가지며, 내부 공간(81)에 극자외선 광원 시스템(SO), 리소그래피 장치(LA), 투영 시스템(PS), 상부 정전척(62) 및 하부 정전척(70)이 배치될 수 있다. 다만, 일부 구성은 노광 챔버(80)의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광원 시스템(SO)의 일부는 노광 챔버(80)의 외부에 배치될 수도 있다. 상부 정전척(62)에는 전원 공급부(63)에서 인가된 전원에 의해 형성된 정전기력에 의해 마스크(61)가 로딩/언로딩될 수 있으며, 하부 정전척(70)에는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(W)이 로딩/언로딩될 수 있다. 노광 챔버(80)의 내부 공간(81)은 극자외선 광원 시스템(SO)에서 생성된 극자외선 광(extreme ultra violet)(B)이 기체에 흡수되는 것을 방지하기 위해, 약 5Pa 이하의 저압 상태 또는 진공 상태일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 극자외선 광원 시스템(SO)은 약 100㎚ 미만의 파장을 갖는 극자외선 광(B)을 생성할 수 있다. 극자외선 광원 시스템(SO)은 예를 들어, 플라즈마 광원(plasma source)일 수 있다. 즉, 극자외선 광원 시스템(SO)은 광원부(30)에서 발진된 레이저 광(DL)을, 주석(Sn), 리튬(Li) 및 크세논(Xe) 중 어느 하나로 이루어진 액적(droplet)(D)에 조사하여 플라즈마(P)를 생성하는 LPP(laser-produced plasma) 광원일 수 있다. 또한, 일 실시예의 극자외선 광원 시스템(SO)은, 이른바 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 방식이 사용될 수 있다. 즉, 광원부(30)에서 시드 레이저(seed laser)를 이용하여, 프리 펄스(pre-pulse)(PP)와 메인 펄스(main pulse)(MP)를 발생시키고, 프리 펄스(PP)를 액적(D)에 조사하여 팽창시킨 후, 메인 펄스(MP)를 액적(D)에 재조사하여 발생하는 플라즈마(P)를 이용하여 극자외선 광을 방출할 수 있다.
극자외선 광원 시스템(SO)의 광원 챔버(10) 내부에서는, 광원부(30)에 의해 공급되는 레이저 광(DL)과, 액적 공급부(20)에 의해 공급되는 액적(D)이 초당 50000회 이상 충돌하며 플라즈마(P)가 생성될 수 있다. 광원 챔버(10)의 집광 미러(11A)는 플라즈마(P)에서 전방위로 방사되는 극자외선 광(B)을 모아 전방으로 집중시켜, 리소그래피 장치(LA)로 제공할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 다수의 미러들을 포함하여, 극자외선 광원 시스템(SO)에서 방출된 극자외선 광(B)을 상부 정전척(62) 방향으로 조사할 수 있다. 리소그래피 장치(LA)에 포함된 다수의 미러들은 이미 알려진 구조이므로, 도면의 단순화 및 설명의 편의를 위해, 두개의 미러(51, 52)만을 도시한다.
투영 시스템(PS)은 다수의 미러들을 포함하여, 상부 정전척(62)에 부착된 마스크(61)에서 반사된 극자외선 광(B)의 패턴을 하부 정전척(70)에 배치된 기판(W)으로 조사하여, 기판(W)의 표면에 패턴을 노광할 수 있다. 투영 시스템(PS)에 포함된 다수의 미러들은 이미 알려진 구조이므로, 도면의 단순화 및 설명의 편의를 위해, 두개의 미러(53, 54)만을 도시한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 극자외선 광원 시스템(SO)에 대해 자세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 극자외선 광원 시스템(SO)은 광원 챔버(10), 액적 공급부(20), 광원부(30) 및 흡입부(40)를 포함할 수 있다.
광원부(30)는 드라이버(driver) 광원으로, 발진되는 레이저 광(DL)은 펄스파의 형태로 제공되며, 프리 펄스(pre-pulse)(PP)와 메인 펄스(main pulse)(MP)를 포함할 수 있다. 프리 펄스(PP)는 메인 펄스(MP)가 액적(D)에 흡수되어 상호 작용하기 이전에, 액적(D)의 표면적을 미리 증가시켜 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 변환 효율이란, 광원부(30)에서 발진된 레이저 광(DL)의 입력 전력 대 방출된 극자외선 광(B)의 출력 전력의 비율을 의미한다.
프리 펄스(PP)는 광원 챔버(10)의 제1 초점(X1) 위치로 조사되며, 제1 경로(DR)로 진행하는 액적(D)에 조사되어 액적(D)의 표면적을 증가시킬 수 있다. 액적(D)의 직경은 프리 펄스(PP)의 직경 보다 작으므로, 메인 펄스(MP)와 액적(D)이 정확하게 충돌하게 하기 위하여, 상대적으로 낮은 출력의 레이저 펄스인 프리 펄스(PP)를 미리 액적(D)에 충돌시켜 구체 모양의 액적(D1)을 팬케이크(pancake) 모양의 액적(D2)으로 팽창시킬 수 있다.
메인 펄스(MP)는 제2 초점(X2) 위치로 조사되어 팬케이크 모양으로 팽창된 액적(D2)의 표면에 흡수되어 극자외선 광을 방출하는 플라즈마(P)를 형성할 수 있다.
광원 챔버(10)는 생성된 극자외선 광(B)을 집광하는 하부 몸체(11) 및, 하부 몸체(11)에 결합되는 원뿔 형상의 외형을 갖는 상부 몸체(12)를 포함할 수 있다.
하부 몸체(11)에는 생성된 극자외선 광(B)을 상부 몸체(12) 방향으로 집광하는 집광 미러(11A)가 배치될 수 있다. 집광 미러(11A)에는 극자외선 광(B)의 반사도를 향상하기 위한 반사층(RL1)이 형성될 수 있다. 반사층(RL1)은 몰리브덴-실리콘(Mo-Si)이 교차 적층된 다중 박막층으로 이루어질 수 있다. 집광 미러(11A)의 중심 부분에는 광 애퍼쳐(apperture)(AP)가 배치되어, 광원부(30)에서 발진된 레이저 광(DL)이 조사되는 양을 조절할 수 있다. 일 실시예의 경우, 하부 몸체(11)는 약 600㎜의 폭(W1)을 가질 수 있다.
상부 몸체(12)는 상부로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 원뿔 형상의 덮개일 수 있으며, 원뿔의 단부에는, 생성된 극자외선 광(B)을 방출되는 경로를 제공하는 중간 집속(intermediate focus)(IF)영역이 위치할 수 있다.
상부 몸체(12)의 일측에는 액적(D)을 공급하기 위한 액적 공급부(20)가 배치될 수 있다. 액적 공급부(20)는 액적 공급원(21) 및 액적 토출부(22)를 포함할 수 있다. 구체 모양의 액적(D1)은 약 20 ~ 100㎛의 직경을 가질 수 있다. 일 실시예의 경우, 구체 모양의 액적(D)은 약 27㎛의 직경을 가질 수 있다. 액적 공급원(21)은 액적(D)을 형성하기 위한 타겟 물질을 공급할 수 있다. 타겟 물질은 주석(Sn), 리튬(Li) 및 크세논(Xe) 등과 같은 물질로 이루어질 수 있으며, 액적(D)은 타겟 물질을 액상화한 형태이거나, 액체 물질이 타겟 물질의 고체 입자가 함유된 형태일 수 있다.
액적(D)은 액적 공급원(21)에 저장된 타겟 물질을 가압함으로써, 액적 토출부(22)를 통해 방출될 수 있다. 액적(D)은 약 20 ~ 70㎧의 속도 및 약 20㎲의 시간 간격으로 액적 토출부(22)에서 연속적으로 방출될 수 있다. 액적(D)은 액적 토출부(22)에서 방출된 후 제1 경로(DR)를 따라 진행하다, 제1 및 제2 초점(X1, X2) 위치에서 프리 펄스(PP) 및 메인 펄스(MP)에 조사될 수 있다. 제2 초점(X2)은 주초점(primary focus)로도 알려져 있다. 다만, 액적 토출부(22)에서 방출된 모든 액적(D)에 프리 펄스(PP) 및 메인 펄스(MP)가 조사되는 것은 아니며, 일부 의 액적(D)은 프리 펄스(PP)만 조사된 상태로 후술하는 흡입부(40)로 흡입될 수 있다.
구체 형상의 액적(D1)은 프리 펄스(PP)에 조사되어 팬케이크 형상으로 팽창될 수 있다. 이후, 팬케이크 형상의 액적(D2)에 메인 펄스(MP)에 조사되면 플라즈마(P)를 방사할 수 있다. 메인 펄스(MP)가 조사된 액적(D1)은 폭발하며 잔해물(debris)(DD)을 남기게 된다. 잔해물(DD)은 미세 액적, 가스 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 잔해물(DD)은 광원 챔버(10) 내부의 강한 상승 기류에 의하여 상부 몸체(12)의 측벽에 부착되어 상부 몸체(12) 내부의 기류의 흐름을 방해할 수 있다. 또한, 상부 몸체(12)의 측벽에 부착되어 있던 잔해물(DD) 중 일부는 집광 미러(11A)에 떨어져 극자외선 광(B)의 품질을 저하시킬 수 있다. 또한, 상부 몸체(12)의 중간 집속(IF) 영역을 통과한 잔해물(DD)은 마스크(61)에 부착되어 오염을 발생시킬 수 있다. 광원 챔버(10)의 내부는 생성된 극자외선 광(B)이 광원 챔버(10) 내부의 기체에 흡수되는 것을 방지하기 위해, 약 1.3 torr 이하의 초저압 상태로 유지되고 있으므로, 강한 기류를 통해 생성된 잔해물(DD)을 제거하는 데에는 한계가 있다. 일 실시예는, 메인 펄스(MP)가 조사되는 제2 초점(X2)에 근접하도록 흡입부(40)를 배치하고, 생성된 잔해물(DD)이 광원 챔버(10)의 내부로 비산하기 전에 흡입부(40)로 흡입하여 제거할 수 있다. 이하에서는 흡입부(40)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 흡입부(40)는 진공원(42) 및 노즐부(41)를 포함할 수 있다. 진공원(42)은 광원 챔버(10) 내부의 기압보다 낮은 진공압을 제공하여 노즐부(41)를 통해 광원 챔버(10) 내부의 기체가 흡입되는 흐름(AF1)을 제공할 수 있다. 일 실시예의 경우, 진공원(42)은 광원 챔버(10) 내부의 기압보다 적어도 0.4torr 낮은 기압, 예를 들어 진공원(42)은 광원 챔버(10) 내부의 기압보다 0.4 ~ 1torr 낮은 범위의 기압을 제공할 수 있다.
노즐부(41)는 노즐 몸체(41B)와 노즐 헤드(41H)를 포함할 수 있다. 노즐 몸체(41B)는 액적 토출부(22)와 마주보도록 배치될 수 있으며, 상부 몸체(12)의 측벽에서 돌출되도록 배치될 수 있다. 노즐 몸체(41B)는 액적(D)의 제1 경로(DR)와 동일한 방향인 제1 축(AX1)을 향하도록 배치될 수 있다. 따라서, 노즐 헤드(41H)를 통해 흡입된 잔해물(DD)이 원래의 경로인 제1 경로(DR)를 진행하며, 노즐 몸체(41B)의 안쪽까지 용이하게 이동될 수 있다. 다만, 실시예에 따라서, 노즐 몸체(41B)는 제1 축(AX1) 이외의 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 노즐 몸체(41B)의 길이(W7)는 하부 몸체(11)의 폭(W1) 및 노즐 헤드(41H)의 길이(W6)에 따라 변형될 수 있다. 노즐부(41)의 외부 표면에는 표면 반사층(RL2)이 형성되어, 집광 미러(11A)에서 반사된 극자외선 광(B)을 재반사할 수 있다. 표면 반사층(RL2)은 집광 미러(11A)의 반사층(RL1)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 표면 반사층(RL2)은 몰리브덴-실리콘(Mo-Si)이 교차하는 다중 박막층으로 이루어질 수 있다.
노즐 헤드(41H)는 잔해물(DD)이 흡입되기 용이한 형태로 노즐 몸체(41B)에 연장될 수 있다. 일 실시예는 노즐 헤드(41H)가 벨마우스(bellmouth) 형상인 경우를 예로 들었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 노즐 헤드(41H)의 흡입구(41I)는 액적(D)의 제1 경로(DR)에 배치될 수 있다. 흡입구(41I)는 프리 펄스(PP)만 조사되어 팬케이크 형상으로 팽창된 액적(D1)도 용이하게 흡입될 수 있을 정도의 크기로 마련될 수 있다. 일 실시예의 경우, 액적(D)의 폭발 속도가 약 1000m/s이고, 액적(D)의 폭발 간격이 약 20㎲인 경우에, 흡입구(41I)는 0.5 ~ 20㎜의 폭(W8)을 가질 수 있다. 흡입구(41I)의 폭(W8)이 0.5㎜ 미만인 경우에는, 팽창된 액적(D2)이 흡입되지 못할 수 있다. 흡입구(41I)의 폭(W8)이 20㎜를 초과하는 경우에는 흡입구(41I)의 단면적이 지나치게 커져, 흡입구(41I) 내부의 기압을 광원 챔버(10) 내부의 기압 보다 낮게 유지하지 어려울 수 있다.
노즐 헤드(41H)의 단부(41E)는 제1 경로(DR) 상의 제2 초점(X2)과 근접하면서도, 액적(D)의 폭발에 영향을 미치지 않을 정도의 위치에 배치될 수 있다. 일 실시예의 경우, 액적(D)의 폭발 속도가 약 1000m/s이고, 액적(D)의 폭발 간격이 약 20㎲인 경우에, 노즐 헤드(41H)의 단부(41E)는 제2 초점(X2)과 1.4 ~ 20㎜의 거리(W5)로 이격될 수 있다. 이격된 거리(W5)가 1.4㎜ 미만인 경우에는, 제2 초점(X2)과 과도하게 가까워져 액적(D)의 폭발에 영향을 받을 수 있다. 이격된 거리(W5)가 20㎜를 초과하는 경우에는 제2 초점(X2)과의 거리가 과도하게 멀어져 잔해물(DD)의 제거 효율이 낮아질 수 있다.
노즐 헤드(41H)의 길이(W6)는 흡입구(41I)의 폭(W8)의 2배 이상이고 4배 이하일 수 있다. 노즐 헤드(41H)의 흡입구(41I)의 폭(W8)의 2배 이상이고 4배 이하일 수 있다.
노즐 몸체(41B) 및 노즐 헤드(41H)에는 가열부(H)가 배치될 수 있다. 가열부(H)는 노즐 몸체(41B) 및 노즐 헤드(41H)의 측벽 내부에 매립될 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 가열부(H)는 노즐 몸체(41B) 및 노즐 헤드(41H)의 외부 표면을 덮도록 배치될 수도 있다. 가열부(H)는 흡입부(40)에 흡인된 후 응고된 잔해물(DD)을 가열하여 용융시킬 수 있다. 가열부(H)는 잔해물(DD)이 용융되도록 액적(D)의 용융점을 초과하는 온도로 노즐 몸체(41B) 및 노즐 헤드(41H)를 가열할 수 있다. 일 실시예의 경우, 가열부(H)는 주석이 용융되는 약 232 ~ 400℃의 온도로 잔해물(DD)을 가열할 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하여, 일 실시예에 의한 극자외선 광원 시스템에 채용된 흡입부의 변형예에 대해 설명한다. 도 5 내지 도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 극자외선 광원 시스템에 채용된 흡입부의 변형예를 도시한 도면이다.
도 5의 변형예는, 앞서 설명한 실시예와 비교하면 노즐 몸체(141B)의 형상이 변형된 차이점이 있다. 도 5를 참조하면, 노즐부(141)의 노즐 헤드(141H)는 제1 축(AX1) 방향으로 배치되고, 노즐부(141)의 노즐 몸체(141B)는 제1 축(AX1)에 대하여 소정의 경사각(θg)으로 하향 경사진 제2 축(AX2) 방향으로 배치될 수 있다. 일 실시예의 노즐 헤드(41H)는 벨마우스 형상으로 도시되었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
소정의 경사각(θg)은 20°이상, 예를 들어, 20 ~ 45°의 각도일 수 있다. 노즐 몸체(141B)는 하향 경사지게 배치되어, 가열부(H)에 의해 용융된 잔해물(DS)이 중력에 의해 자연스럽게 노즐 몸체(141H)를 따라 흘러 들어 갈 수 있다. 노즐 몸체(141B)가 20°미만의 각도로 경사진 경우에는, 융융된 잔해물(DS)이 노즐 몸체(141B)에 부착되어 노즐 몸체(141H)를 따라 흘러 들어가기 어려울 수 있다. 예를 들어, 용융된 잔해물(DS)이 직경 20㎜의 반구 형태를 가질 경우, 중력에 의한 표면 장력은 560dyn/㎝이므로, 노즐 몸체(141H)가 20°미만의 각도로 경사진 경우에는 용융된 잔해물(DS)이 노즐 몸체(141H)의 표면을 따라 흘러 들어가기 어려질 수 있다.
도 6의 변형예는, 앞서 설명한 실시예와 비교하면 노즐 몸체(241B)의 형상이 변형된 차이점이 있다. 도 6을 참조하면, 노즐부(241)의 노즐 몸체(241B)는 단면적(W10)이 점점 증가하는 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 노즐 헤드(241H)의 후단에서 발생하는 와류를 방지하여 흡입되는 기류의 흐름을 안정적으로 유지할 수 있다. 일 실시예의 노즐 헤드(141H)는 벨마우스 형상으로 도시되었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)의 변형에는, 앞서 설명한 실시예와 비교하면 노즐 몸체(341B)에 통공(TH)이 더 형성된 차이점이 있다. 도 7(a)는 노즐부(341)의 외형을 도시한 도면이고, 도 7(b)는 도 7(a)의 I-I'를 따라 절개한 단면도이다.
도 7(a)를 참조하면, 노즐부(341)의 노즐 몸체(341B) 중 일 영역(AR1)에 통공(TH)이 형성될 수 있다. 일 영역(AR1)은 광원 챔버(10)(도 2 참조)의 측벽에 인접한 영역일 수 있다. 따라서, 통공(TH)을 통해 광원 챔버(10)의 측벽에 인접한 영역의 정체되어 있던 기체가 흡입되는 흐름(AF2)이 형성될 수 있다. 도 7(b)를 참조하면, 통공(TH)은 노즐 몸체(341B)의 상부 표면(AR2)에 제한적으로 배치될 수 있다.
도 8의 변형예는, 앞서 설명한 실시예와 비교하면, 용융된 잔해물(DS)이 저장되는 저장부(443)가 노즐부(441)에 더 배치된 차이점이 있다. 도 8을 참조하면, 노즐부(441)의 일 영역에, 용융된 잔해물(DS)이 저장되는 저장부(443)가 배치되어, 노즐부(441)의 단부를 통해 유입된 기체의 흐름(AF1)이 저장부(443)가 위치한 영역을 거치면서 융융된 잔해물(DS)만 저장부(443)에 축적될 수 있다. 따라서, 저장부(443)를 통과하는 기체의 흐름(AF3)이 일정하게 유지될 수 있다. 저장부(443)는 노즐부(441)와 분리가능한 구조로 결합될 수 있다. 따라서, 저장부(443)에 잔해물(DS)이 가득차게 되면, 밸브(442)를 잠궈 저장부(443)로 흐르는 기체의 흐름(AF4)을 차단한 후, 저장부(443)를 분리하여 저장부(443)에 축적된 잔해물(DS)을 손쉽게 폐기할 수 있다.
이와 같은 구성의 극자외선 광원 시스템(SO)은, 메인 펄스(MP)가 액적(D)에 조사되는 제2 초점(X2)에 근접하도록 흡입부(40)를 배치하고, 잔해물(DD)을 진공압으로 흡입할 수 있다. 따라서, 광원 챔버(10)의 내부 공간 또는 마스크(61)(도 1 참조)를 오염시키는 잔해물(DD)이 비산하기 전에 선제적으로 제거할 수 있다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 비교 예와 일실시예의 챔버 내부의 기류를 시뮬레이션한 도면이다. 도 9(a)는 비교 예로서, 흡입부가 배치되지 않은 경우에 광원 챔버(10) 내부에서의 기류의 흐름(AF5)을 도시한 것이다. 도 9(b)는 일 실시예의 광원 챔버(10) 내부에서의 기류의 흐름(AF6)을 도시한 것이다.
비교 예의 경우, 광원부(30)에서 발진된 레이저에 의해 형성된 강한 상승기류에 의해, 광원 챔버(10) 내부의 기류는 전체적으로 상부 방향으로 유동하는 흐름(AF5)이 발생한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 잔해물(DD)이 광원 챔버(10)의 내부공간 또는 마스크를 오염시킬 수 있다.
반면에 일 실시예의 경우, 광원 챔버(10) 내부의 기류가 전체적으로 흡입부(40)를 향하여 유동하는 흐름(AF6)이 발생한 것을 볼 수 있다. 따라서, 잔해물(DD)이 광원 챔버(10)의 내부공간으로 비산하기 전에 제거될 수 있다.
광원 챔버(10)의 내부에 잔존하는 잔해물(DD)의 양을 측정해 본 결과, 비교 예의 경우, 단위 면적당 1594개의 잔해물 입자가 존재하는 것으로 측정되었다. 반면에, 일 실시예는 단위면적당 409개의 잔해물 입자 존재하는 것으로 측정되었다. 따라서, 일 실시예는 비교 예에 비해 광원 챔버(10) 내에 잔존하는 잔해물(DD) 입자가 74.3% 감소한 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 극자외선 노광 설비
10: 광원 챔버
20: 액적 공급부
30: 광원부
40: 흡입부
SO: 광원 시스템
LA: 리소그래피 장치
PS: 투영 시스템

Claims (20)

  1. 내부 공간을 제1 기압으로 유지하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며, 액적을 제1 경로로 방출하는 액적 공급부;
    상기 제1 경로 상의 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하여 플라즈마를 생성하는 광원부; 및
    상기 챔버 내에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 제1 경로 상에 배치되며, 상기 레이저가 조사된 상기 액적의 잔해물을 상기 제1 기압 보다 낮은 제2 기압으로 흡입하는 흡입부를 포함하며,
    상기 흡입부는 상기 챔버의 측벽에서 상기 초점을 항하여 돌출된 노즐을 가지며, 상기 노즐의 단부는 상기 챔버의 측벽 보다 상기 초점과 인접하는 극자외선 광원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저는 프리 펄스(pre-pulse)와 메인 펄스(main pulse)를 포함하며,
    상기 초점은 상기 프리 펄스가 집광되는 제1 초점과 상기 메인 펄스가 집광되는 제2 초점을 포함하며,
    상기 노즐의 단부는 상기 제2 초점과 1.4㎜ 내지 20㎜ 이격된 극자외선 광원 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 단부는 상기 제1 경로 상에 배치되며 0.5㎜ 내지 20㎜의 폭을 갖는 흡입구를 구비한 극자외선 광원 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액적은 복수의 액적들을 포함하며,
    상기 복수의 액적들은 상기 제1 경로에 대하여, 각각 1.4㎜ 이상의 간격을 두고 방출되는 극자외선 광원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부는 상기 노즐의 외벽을 감싸는 가열부를 더 포함하는 극자외선 광원 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 노즐의 외벽을 상기 액적의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 극자외선 광원 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 액적은 주석(Sn)으로 이루어지며,
    상기 가열부는 상기 외벽을 232℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 극자외선 광원 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 챔버 내에 상기 제1 경로에 대하여 하향 경사지도록 배치된 극자외선 광원 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 외벽 중 상기 챔버의 측벽에 인접한 영역에는 통공이 배치된 극자외선 광원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통공은 상기 챔버와 마주보는 영역에만 배치된 극자외선 광원 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 통공은 상기 노즐의 길이 방향으로 길게 배치된 극자외선 광원 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부의 타단에는 상기 흡입부에서 흡입된 상기 잔해물이 축적되는 저장부가 더 배치된 극자외선 광원 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 노즐에 분리 가능하도록 결합되는 극자외선 광원 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 초점에서 상기 챔버의 측벽으로 갈수록 단면적이 증가하는 극자외선 광원 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 챔버는 오목한 집광 미러를 갖는 하부 몸체; 및
    상기 하부 몸체를 덮으며 원뿔 형상의 외형을 갖는 상부 몸체를 포함하는 극자외선 광원 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 외부면을 덮는 표면 반사층이 더 배치된 극자외선 광원 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반사층은 몰리브덴-실리콘(Mo-Si)이 교차 적층된 다중 박막층으로 이루어진 극자외선 광원 시스템.
  18. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며, 상기 챔버의 내부 공간을 가로지르는 제1 경로를 따라 액적을 배출하도록 정렬된 액적 공급부;
    상기 제1 경로 상의 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및
    상기 제1 경로 상에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 챔버 내에 배치되며 단부가 상기 초점에서 1.4㎜ 내지 20㎜ 이격되며 상기 챔버 내의 기압보다 낮은 기압으로 상기 액적의 잔해물을 흡입하는 흡입부를 포함하는 극자외선 광원 시스템.
  19. 집광 미러를 갖는 챔버;
    상기 집광 미러의 상부를 가로지르는 제1 경로를 따라서 액적을 배출하도록 정렬되며 상기 챔버의 일 측벽에 배치된 액적 공급부;
    상기 제1 경로 상의 제1 초점에서 상기 액적에 레이저를 조사하는 레이저 광원; 및
    상기 제1 경로 상에 상기 액적 공급부와 마주하도록 상기 챔버의 타 측벽에 배치되며 상기 제1 초점에 인접하도록 돌출된 노즐을 가지며 상기 챔버 내의 기압보다 적어도 0.4 torr 낮은 기압으로 상기 액적의 잔해물을 흡입하는 흡입부를 포함하는 극자외선 광원 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 노즐의 외부면을 덮는 표면 반사층이 더 배치되며,
    상기 표면 반사층은 상기 집광 미러의 표면을 이루는 물질과 동일한 물질인 극자외선 광원 시스템.


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