KR20230037962A - 전자빔 및 액적 기반 극자외선 광원 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치는 전자빔 및 금속 액적(droplet)을 기반으로 극자외선 광원을 출력하는 광원 장치로서, 챔버; 캐소드 전극과, 탄소계 물질을 포함하여 상기 캐소드 전극 상에 이격 배치된 복수의 에미터를 각각 구비하며, 상기 챔버의 내부에서 전자빔을 생성하는 전자빔 방출부; 상기 챔버의 내부에 위치하되 상기 전자빔 방출부로부터 이격되게 위치하는 애노드 전극; 및 상기 챔버의 내부 중 상기 전자빔 방출부와 상기 애노드 전극의 사이 공간으로 금속 액적을 분사하는 액적 생성 장치;를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 애노드 전극으로 향하는 상기 전자빔에 의해 상기 액적이 이온화되어 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에서 극자외선이 생성된다.
Description
본 발명은 전자빔 및 액적 기반 극자외선 광원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자빔과 액적을 이용하여 극자외선 광원을 출력하는 장치에 관한 것이다.
극자외선(extreme ultraviolet, EUV)은 X-선과 심자외선(deep ultraviolet, DUV) 영역 사이인 대략 10nm에서 100nm에 이르는 파장 대역의 전자기파이다. 최근 극자외선 영역을 다루는 응용분야를 위해, 콤팩트(compact)한 극자외선 광원 장치의 개발에 많은 연구가 집중되고 있다.
예를 들어, 반도체 제조를 위한 나노미터 크기의 미세패턴 공정에 극자외선 리소그래피(lithography) 장비가 사용되고 있다. 하지만, 현재 극자외선 리소그래피 장비는 고출력의 레이저를 기반으로 하며, 해외 특정 회사의 제품으로만 출시되고 있다. 특히, 이러한 극자외선 리소그래피 장비는 레이저 기반이므로, 매우 고가이고, 내부 구조가 복잡하며, 큰 부피를 차지할 뿐 아니라, 그 출력 특성에 따라 매우 고출력일 수밖에 없는 레이저에 의해 많은 찌꺼기(debris)가 발생하여 유지보수가 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 내부 구조가 단순하고, 컴팩트한 크기를 가지며, 제조 비용을 낮출 수 있는 극자외선 광원 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 대비 저출력의 전자빔을 이용함에 따라 찌꺼기(debris)를 줄여 유지보수에 유리한 극자외선 광원 기술을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보다 효율적으로 복수의 전자빔을 활용하여 광량의 출력이 향상된 극자외선 광원 기술을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치는 전자빔 및 금속 액적(droplet)을 기반으로 극자외선 광원을 출력하는 광원 장치로서, 챔버; 캐소드 전극과, 탄소계 물질을 포함하여 상기 캐소드 전극 상에 이격 배치된 복수의 에미터를 각각 구비하며, 상기 챔버의 내부에서 전자빔을 생성하는 전자빔 방출부; 상기 챔버의 내부에 위치하되 상기 전자빔 방출부로부터 이격되게 위치하는 애노드 전극; 및 상기 챔버의 내부 중 상기 전자빔 방출부와 상기 애노드 전극의 사이 공간으로 금속 액적을 분사하는 액적 생성 장치;를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 애노드 전극으로 향하는 상기 전자빔에 의해 상기 액적이 이온화되어 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에서 극자외선이 생성된다.
상기 전자빔 방출부는 다수개가 구비되며, 다수의 상기 전자빔 방출부에서 생성된 각 전자빔은 적어도 하나의 애노드 전극을 향해 서로 다른 각도 또는 방향으로 진행하되, 하나씩 출력되거나 동시에 복수개가 출력될 수 있다.
상기 각 전자빔 방출부는 상기 챔버 내의 일측에 배치되고, 상기 애노드 전극은 상기 극자외선 광원의 출구가 위치한 상기 챔버 내의 타측에 배치될 수 있다.
상기 애노드 전극은 상기 타측에서 상기 출구를 사이에 두고 그 주변에 배치되며, 상기 출구에 대응하는 개구를 구비할 수 있다.
상기 챔버 내의 일측 및 타측은 서로 대향하는 아치 형상을 가지며, 상기 애노드 전극은 상기 타측의 아치 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치는 상기 챔버 내의 일측에서 상기 각 전자빔 방출부를 사이에 두고 그 주변에 배치되되 상기 각 전자빔 방출부의 사이 공간에도 배치되어 상기 극자외선을 반사하는 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 내의 일측 및 타측은 서로 대향하는 아치 형상을 가지며, 상기 반사층은 상기 일측의 아치 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
상기 애노드 전극은 상기 각 전자빔에 의해 발생되어 그 개구를 통과하는 다수의 극자외선 광원에 대해 중간 집광(Intermediate Focus; IF)의 역할을 할 수 있다.
상기 복수의 에미터는 끝이 뾰족한 에미터 팁을 포함하며, 상기 탄소계 물질은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출부는 상기 에미터 상에 이격 배치된 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극 중 상기 복수의 에미터에 대향하는 부분은 전도성 재질의 메쉬(mesh) 구조를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출부는 상기 게이트 전극 상에 이격 배치되어 음의 전압이 인가되어 전자빔을 집속하는 적어도 하나의 집속 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 집속 전극은 제1 집속 전극과, 상기 제1 집속 전극 상에 이격 배치된 제2 집속 전극을 포함하며, 상기 제1 및 제2 집속 전극은 전자빔이 통과하도록 서로 대향하는 개구를 각각 구비하되, 상기 제2 집속 전극의 개구가 상기 제1 집속 전극의 개구보다 작을 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 전자빔을 기반으로 하되 전자빔 방출부와 별도로 구현된 애노드 전극을 이용하여 극자외선 광원을 발생시키므로, 내부 구조가 단순하고, 컴팩트한 크기를 가지며, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 대비 저출력의 전자빔을 이용할 수 있어 애노드 전극에 대한 악영향을 줄여 찌꺼기(debris) 등을 줄여 유지보수에 유리한 이점이 있고, 복수의 전자빔을 이용하여 극자외선 광량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 챔버 내 일측의 아치 형상인 반사층의 구조와, 챔버 내 타측의 아치 형상인 애노드 전극의 구조를 통해, 극자외선 광원에 대한 반사 기능 및 집광 기능이 상호 보완적으로 동시에 구현되며 광량의 출력이 향상될 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 광원 장치(10)의 구성도를 나타낸다.
도 4는 전자빔 방출부(200)의 상세한 구성을 나타낸다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 전자빔 방출부(200)의 일 실시예로서 그 사시도 및 단면도를 나타낸다.
도 6은 전자빔 방출부(200)의 다른 예로서 도 4에서 집속 전극(251, 252)이 추가된 경우의 그 단면도를 나타낸다.
도 4는 전자빔 방출부(200)의 상세한 구성을 나타낸다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 전자빔 방출부(200)의 일 실시예로서 그 사시도 및 단면도를 나타낸다.
도 6은 전자빔 방출부(200)의 다른 예로서 도 4에서 집속 전극(251, 252)이 추가된 경우의 그 단면도를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 광원 장치(10)의 구성도를 나타낸다. 다만, 도 1은 다수의 전자빔 방출부(200)가 동시에 전자빔을 방출하는 경우를 나타내며, 도 2 및 도 3은 다수의 전자빔 방출부(200)가 도 1과 다른 방향으로 전자빔을 방출하는 경우를 나타낸다. 특히, 도 2 및 도 3은 다수의 전자빔 방출부(200)가 하나씩 순차적으로 전자빔을 방출하는 경우를 각각 나타낸다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 광원 장치(10)는 챔버(100)와, 챔버(100)의 내부에 위치하는 전자빔 방출부(200), 애노드 전극(300) 및 액적 생성 장치(400)를 포함한다. 예를 들어, 극자외선 광원 장치(100)는 반도체 제조를 위한 미세 패턴 공정에서 리소그래피 장치로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버(100)는 전자빔의 입사에 따른 금속 액적(droplet)의 이온화에 의해 발생되는 플라즈마를 유지한다. 챔버(100)의 내부 공간 중 플라즈마가 유지되는 영역을 편의상 “플라즈마 영역”이라 지칭한다. 챔버(100)는 플라즈마 영역에서 발생하는 극자외선(extreme ultraviolet; EUV)의 광원이 출력되는 출구(110)를 포함할 수 있다. 챔버(100)의 내부는 진공 상태일 수 있다.
도 4는 전자빔 방출부(200)의 상세한 구성을 나타낸다. 또한, 도 5(a) 및 도 5(b)는 전자빔 방출부(200)의 일 실시예로서 그 사시도 및 단면도를 나타내며, 도 6은 전자빔 방출부(200)의 다른 예로서 도 4에서 집속 전극(251, 252)이 추가된 경우의 그 단면도를 나타낸다.
전자빔 방출부(200)는 전자빔(electron beam, e-)을 생성하여 방출하는 구성이다. 이때, 전자빔 방출부(200)는 레이저 기반이 아닌 전계에 의해 전자를 방출하는 탄소계의 에미터(230)를 기반으로 한다.
전자빔 방출부(200)는 챔버(100)의 내부에 위치하며, 챔버(100) 내에서 전자빔 방출부(200)와 이격되게 마련된 애노드 전극(300)을 향해 전자빔을 조사한다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 전자빔 방출부(200)는 캐소드 전극(210)과, 캐소드 전극(210) 상에 위치하는 복수의 에미터(230)와, 복수의 에미터(230)와 이격되어 복수의 에미터(230) 상에 위치하는 게이트 전극(240)과, 게이트 전극(240)을 포함한다.
캐소드(210) 전극 및 애노드 전극(300)는 전도성 재질을 포함하며, 통상적으로 사용되는 음극 및 양극이다. 예를 들어, 캐소드(210) 전극 및 애노드 전극(300)는 Al, Au, Ni, Ti, Cr 등의 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide) 등의 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 또는 그래핀 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래 기술의 경우, 전자빔 방출부 내에 캐소드 전극, 에미터 및 애노드 전극이 함께 구비되는 경우가 일반적이었으며, 이 경우에 전자빔 방출부의 부피가 커질 수 있다. 반면에, 본 발명은 애노드 전극(300)이 전자빔 방출부(200) 내에 구비되지 않고, 챔버(100)의 내부에서 전자빔 방출부(200)와 이격되게 별도의 구성으로 마련된다. 이에 따라, 본 발명은 다수의 전자빔 방출부(200)를 구비하더라도 전체적인 부피를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 다수의 전자빔 방출부(200)가 챔버(100) 내에 별도로 구비된 공통의 애노드 전극(300)을 이용하여 전자빔을 방출할 수 있으므로, 캐소드 전극, 에미터 및 애노드 전극이 전자빔 방출부 내에 함께 구비되는 경우 보다 내부 구조가 단순하고, 컴팩트한 크기를 가지며, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
복수의 에미터(230)는 캐소드(30)로부터 공급받은 전자를 애노드(300)를 향해 방출시키는 구성이다. 에미터(230)는 끝이 뾰족한 에미터 팁으로 구성되거나, 평평한 에미터 층으로 구성될 수 있다. 이때, 에미터 팁은 침상의 형상 외에도 뿔형, 삼각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 가령, 에미터(230)는 캐소드(210) 상에 가로 방향 및 세로 방향으로 각각 일정한 간격을 가지고 배열될 수 있다.
에미터(230)는 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소계 물질은 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT), 탄소나노와이어, 반도체 나노와이어, 산화아연 나노와이어, 탄소나노파이버, 도전성 나노막대, 그라파이트, 또는 나노그래핀 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 에미터(230)가 탄소나노튜브로 구현된 경우, 탄소나노튜브 특유의 고효율 전계 방출 특성을 얻을 수 있다. 예를 들어, 이러한 탄소나노튜브의 에미터(230)는 레이저 기상증착법(laser vaporization), 아크방전법(arc discharge), 열-CVD(thermal-CVD), 플라즈마-CVD, HF-CVD(hot filament chemical vapor desposition) 등의 방법으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 에미터(230)는 전계방출기판(220) 상에 마련될 수 있다. 이때, 전계방출기판(220)은 전계방출소자에서 에미터를 구비하도록 마련되는 통상적인 웨이퍼일 수 있다. 즉, 전계방출기판(220)은 캐소드(210) 상에 설치되어 에미터(230)를 실장한다.
게이트 전극(240)은 입력되는 전압에 따라 에미터(230)에서 방출되는 전자의 흐름을 조절하는 구성이다. 게이트 전극(240) 중 복수의 에미터(230)와 마주하는 부분, 즉 복수의 에미터(230)에 대향하는 부분은 전도성 재질(가령, 금속 등)의 메쉬(mesh) 구조(241)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메쉬 구조(241)는 얇은 금속선들이 서로 간 거리를 두고 망(net) 형태로 직조된 구성이거나 금속판에서 복수의 개구가 형성된 구성일 수 있다. 게이트 전극(240)은 이러한 메쉬 구조(241)의 금속선들 사이의 공간 또는 복수의 개구를 통해 전자빔을 통과시키면서 에미터(230)에서 방출된 전자를 확산시킬 수 있다.
게이트 전극(240)은 도전성 재질을 포함한다. 예를 들어, 게이트 전극(240)은 Al, Au, Ni, Ti, Cr 등의 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide) 등의 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 또는 그래핀 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 에미터(230) 주위로 캐소드 전극(210)과 게이트 전극(240) 사이에는 도시하지 않은 절연층(또는 절연 스페이서)이 위치할 수도 있다. 이때, 절연층의 두께는 복수의 에미터(230) 각각의 높이보다 크게 제작되어 게이트 전극(240)이 복수의 에미터(230)와 접촉하지 않도록 한다. 게이트 전극(240)은 이러한 절연층에 의해 캐소드 전극(210) 및 복수의 에미터(230)와 절연 상태를 유지할 수 있다.
캐소드(210)에는 저전압(음의 전압)이 인가되거나 접지가 연결되며, 애노드 전극(300)에는 5kV 이상의 고전압(양의 전압)이 인가될 수 있다. 또한, 게이트 전극(240)에는 펄스 전압이 인가될 수 있다. 즉, 캐소드 전극(210)과 게이트 전극(240)의 전압 차에 의해 복수의 에미터(230) 주위로 전계가 형성되고, 이 전계에 의해 복수의 에미터(230)로부터 전자빔이 방출되며, 방출된 전자빔은 애노드 전극(300)의 고전압에 이끌려 가속된다.
이때, 게이트 전극(240)의 펄스 전압은 높은 주파수 또는 낮은 펄스 폭을 가진 전압으로서, 예를 들어 100kHz 이상의 고주파수 특성을 가질 수 있다. 이러한 펄스 전압은 전자빔의 고속 스위칭을 가능하게 하며, 구동 전력을 낮추는 효과로 이어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전자빔 방출부(200)는 집속 전극(251, 252) 없이 구현되거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(240) 상에 이격 배치된 적어도 하나 이상의 집속 전극(251, 252)을 포함하도록 구현될 수 있다. 가령, 게이트 전극(240) 상에 이격 배치된 제1 집속 전극(251)과, 제1 집속 전극(251) 상에 이격 배치된 제2 집속 전극(252)이 구비될 수 있다.
전자빔 방출부(200)는 복수의 에미터(230)에 대응하는 메쉬 구조(241)의 가장 자리에 고정되어 메쉬 구조(241)을 지지하는 지지체(242)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 에미터(230) 주위로 캐소드 전극(210)과 지지체(242) 사이에 제1 절연층(261)이 위치할 수 있다.
제2 절연층(262)이 게이트 전극(240)과 제1 집속 전극(251) 사이에 위치하여 게이트 전극(240)과 제1 집속 전극(251)을 절연시킬 수 있고, 제3 절연층(263)이 제1 집속 전극(251)과 제2 집속 전극(252) 사이에 위치하여 제1 집속 전극(251)과 제2 집속 전극(252)을 절연시킬 수 있다. 물론, 제4 절연층(미도시)이 제2 집속 전극(252) 상에 위치하여 제2 집속 전극(252)의 상부를 절연시킬 수도 있다.
제2 절연층(262), 제1 집속 전극(251), 제3 절연층(263), 제2 집속 전극(252), 및 제4 절연층(미도시)은 전자빔 통과를 위한 각자의 개구를 구비한다. 이때, 제2 절연층(262)과 제3 절연층(263)의 개구는 같은 크기로 형성될 수 있다.
제1 집속 전극(251)의 개구(271)는 그 직경이 게이트 전극(240)의 메쉬 구조(241)의 전체 직경보다 작은 크기일 수 있고, 제2 집속 전극(252)의 개구(271)는 그 직경이 제1 집속 전극(251)의 개구(271)의 직경보다 작을 수 있다. 물론, 제2 집속 전극(252) 상에 이격 배치된 추가적인 집속 전극(미도시)이 구비될 수 있으며, 이 경우에 해당 집속 전극의 개구는 그 직경이 제2 집속 전극(252)의 개구(271)의 직경보다 작을 수 있다. 즉, 제1 집속 전극(251) 및 제2 집속 전극(252)의 순서(즉, 상측 방향의 순서)대로 작은 크기의 개구가 구비될 수 있다.
제1 및 제2 집속 전극(251, 252)에는 음(-)의 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극(240)의 메쉬 구조(241)을 통과한 전자빔은 제1 집속 전극(251)의 개구(271)와 제2 집속 전극(252)의 개구(272)를 차례로 거치면서 제1 및 제2 집속 전극(251, 252)이 가하는 척력에 의해 집속될 수 있다.
이러한 구조에 따라, 전자빔 방출부(200)는 그 내부 구조의 단순화가 가능하고, 컴팩트한 크기를 가지며, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다. 이러한 이점은 애노드 전극(300)이 종래 기술과 달리 별도로 챔버(100) 내부에 마련됨에 따라 더욱 배가될 수 있다.
즉, 제1 및 제2 집속 전극(251, 252)을 구비한 전자빔 방출부(200)는 전자빔을 집속하여 애노드 전극(300)에 도달하는 전자빔의 크기를 줄일 수 있으며, 그 결과 금속 찌꺼기(Debris)의 생성을 줄여 애노드 전극(300)의 사용 수명을 늘릴 수 있다.
액적 생성 장치(400)는 챔버(100)의 내부에 금속 액적(droplet, D)을 분사하는 장치이다. 특히, 액정 생성 장치(400)는 챔버(100)의 내부 중 전자빔 방출부(200)와 애노드 전극(300)의 사이 공간으로 금속 액적(D)을 분사한다. 이에 따라, 전자빔 방출부(200)에서 방출되어 애노드 전극(300)을 향해 가속 진행하는 전자빔은 그 경로 중간에 분사된 금속 액적(D)에 입사(조사)되면서 금속 액적을 기화시킨다. 전자빔에 의해 기화된 금속 액적은 이온화되어 플라즈마를 발생시키며, 이러한 금속 액적의 주위를 둘러싸는 플라즈마 영역에서 극자외선(EUV)이 생성된다. 즉, 전자빔에 의해 금속 액적(D)으로부터 발생된 플라즈마가 극자외선(EUV)을 생성하는 광원으로 기능한다. 이와 같이 생성된 극자외선 광원(EUV)은 챔버(100)의 출구(110)를 통해 챔버(100)의 외부로 출력될 수 있다.
즉, 금속 액적(D)은 전자빔의 입사 시에 플라즈마를 발생시키는 금속 방사 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 방사 물질을 주석(Sn), 리튬(Li), 인듐(In), 안티몬(Sb), 텔루르(Te), Tb(터븀), Gd(가돌리늄) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 가령, 액적 생성 장치(400)는 미리 설정된 부피의 주석 등의 금속 액적(D)을 미리 설정된 시간 주기에 따라 낙하시키는 구성으로 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전자빔 방출부(200)는 다수개가 구비될 수 있다. 이때, 다수의 전자빔 방출부(200)에서 생성된 각 전자빔은 적어도 하나의 애노드 전극(300)를 향해 서로 다른 각도 또는 방향으로 진행할 수 있다. 또한, 각 전자빔은 하나씩 출력되거나 동시에 복수개가 출력될 수 있다.
즉, 다수의 전자빔 방출부(200)는 각 게이트 전극(240)에 인가되는 게이트 전압의 펄스 구동에 따라 하나씩 차례로 전자빔을 생성하거나, 동시에 복수개가 전자빔을 생성할 수 있다. 이 때 제어부(미도시)를 통해 다수의 전자빔 방출부(200)에서 하나씩 차례로 전자빔을 생성하도록 하거나, 또는 동시에 복수개의 전자빔을 생성하도록 하는 등의 제어를 할 수 있다. 이에 따라, 금속 액적(D)이 존재하는 영역에는 다수의 전자빔 방출부(200)에 의해 생성된 각 전자빔이 하나씩 입사되거나 동시에 복수개가 입사될 수 있다.
가령, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 각 전자빔 방출부(200)는 챔버(100) 내의 일측에 배치되고, 애노드 전극(300)은 챔버(100) 내의 타측, 즉 챔버(100)의 출구(110)가 위치한 측에 배치될 수 있다.
이때, 애노드 전극(300)은 챔버(100) 내 타측에서 출구(110)를 사이에 두고 그 주변에 배치되며, 해당 출구(110)에 대응하는 개구를 구비할 수 있다. 즉, 애노드 전극(300)은 챔버(100) 내 타측에서 출구(110)의 주변에 배치될 수 있으며, 그 개구가 출구(110)에 대응하도록 배치될 수 있다.
특히, 챔버(100) 내의 일측 및 타측은 서로 대향하는 아치 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 애노드 전극(300)은 해당 타측의 아치 형상에 대응하는 아치 형상으로 배치될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 애노드 전극(300)은 각 전자빔에 의해 발생되어 챔버(100) 내의 타측 방향으로 진행하여 그 개구를 통과하는 다수의 EUV에 대해 중간 집광(Intermediate Focus; IF)의 역할을 수행할 수 있다.
즉, 다수의 전자빔 방출부(200)의 각 전자빔에 의해 발생된 다수의 EUV가 애노드 전극(300)의 개구를 거치면서 애노드 전극(300)의 전자기적 척력에 의해 집광될 수 있다. 이러한 각 전자빔은 해당 전자빔 방출부(200)의 게이트 전극에 인가되는 구동 펄스 전압에 따라, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나씩 방출되거나, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개가 동시에 방출될 수 있다.
또한, EUV를 반사하는 반사층(500)이 챔버(100) 내에 추가적으로 구비될 수 있다. 가령, 어느 전자빔의 입사에 의해 발생된 EUV는 챔버(100)의 출구(110)로 바로 출력되지 않고 반사층(500)에 의해 적어도 한번 반사된 후에 챔버(100)의 출구(110)로 출력될 수 있다. 이러한 반사 기능이 아치 형상에 적용됨에 따라, 다수의 전자빔에 의해 발생된 각 EUV는 챔버(100)의 출구(110)를 향하는 방향으로 집광될 수 있으며, 이에 따라 출구(110)를 투과하는 EUV의 강도가 높아질 수 있다.
이러한 반사 기능의 원활한 작용을 위해, 반사층(500)은 챔버(100) 내의 일측에 배치되는데, 그 일측에 위치한 각 전자빔 방출부(200)를 사이에 두고 그 주변에 배치될 수 있다. 물론, 반사층(400)은 서로 이격된 각 전자빔 방출부(200)의 사이 공간에도 배치될 수 있다.
또한, 챔버(100) 내의 일측 및 타측이 서로 대향하는 아치 형상으로 형성될 수 있으며, 반사층(500)도 해당 일측의 아치 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 반사층(500)에 의한 상술한 EUV에 대한 반사 기능과, 챔버(100) 내 타측의 아치 형상 애노드 전극(300)에 의한 EVU에 대한 집광 기능이 상호 보완적으로 동시에 구현되며 광량의 출력이 향상될 수 있는 이점이 있다.
이때, 반사층(500)은 챔버(100)의 출구(110)를 향하는 방향으로의 오목한 반사면을 포함한다. 예를 들어, 반사층(500)으로는 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)이 번갈아 다층으로 쌓인 것을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 전자빔을 기반으로 하되 전자빔 방출부와 별도로 구현된 애노드 전극을 이용하여 극자외선 광원을 발생시키므로, 내부 구조가 단순하고, 컴팩트한 크기를 가지며, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 레이저 대비 저출력의 전자빔을 이용할 수 있어 애노드 전극에 대한 악영향을 줄여 찌꺼기(debris) 등을 줄여 유지보수에 유리한 이점이 있으며, 복수의 전자빔을 이용하여 극자외선 광량의 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 챔버 내 일측의 아치 형상인 반사층의 구조와, 챔버 내 타측의 아치 형상인 애노드 전극의 구조를 통해, 극자외선 광원에 대한 반사 기능 및 집광 기능이 상호 보완적으로 동시에 구현되며 광량의 출력이 향상될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 극자외선 광원 장치
100: 챔버
110: 출구 200: 전자빔 방출부
210: 캐소드 전극 220: 전계방출기판
230: 에미터 240: 게이트 전극
241: 메쉬 구조 242: 지지체
251, 252: 집속 전극 261, 262, 263: 절연층
300: 애노드 전극 400: 액적 생성 장치
500: 반사층
110: 출구 200: 전자빔 방출부
210: 캐소드 전극 220: 전계방출기판
230: 에미터 240: 게이트 전극
241: 메쉬 구조 242: 지지체
251, 252: 집속 전극 261, 262, 263: 절연층
300: 애노드 전극 400: 액적 생성 장치
500: 반사층
Claims (13)
- 전자빔 및 금속 액적(droplet)을 기반으로 극자외선 광원을 출력하는 광원 장치로서,
챔버;
캐소드 전극과, 탄소계 물질을 포함하여 상기 캐소드 전극 상에 이격 배치된 복수의 에미터를 각각 구비하며, 상기 챔버의 내부에서 전자빔을 생성하는 전자빔 방출부;
상기 챔버의 내부에 위치하되 상기 전자빔 방출부로부터 이격되게 위치하는 애노드 전극; 및
상기 챔버의 내부 중 상기 전자빔 방출부와 상기 애노드 전극의 사이 공간으로 금속 액적을 분사하는 액적 생성 장치;를 포함하며,
상기 챔버 내에서 상기 애노드 전극으로 향하는 상기 전자빔에 의해 상기 액적이 이온화되어 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에서 극자외선이 생성되는 광원 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자빔 방출부는 다수개가 구비되며,
다수의 상기 전자빔 방출부에서 생성된 각 전자빔은 적어도 하나의 애노드 전극을 향해 서로 다른 각도 또는 방향으로 진행하되, 하나씩 출력되거나 동시에 복수개가 출력되는 광원 장치. - 제2항에 있어서,
상기 각 전자빔 방출부는 상기 챔버 내의 일측에 배치되고,
상기 애노드 전극은 상기 극자외선 광원의 출구가 위치한 상기 챔버 내의 타측에 배치되는 광원 장치. - 제3항에 있어서,
상기 애노드 전극은 상기 타측에서 상기 출구를 사이에 두고 그 주변에 배치되며, 상기 출구에 대응하는 개구를 구비한 광원 장치. - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 챔버 내의 일측 및 타측은 서로 대향하는 아치 형상을 가지며,
상기 애노드 전극은 상기 타측의 아치 형상에 대응하는 형상을 가지는 광원 장치. - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 챔버 내의 일측에서 상기 각 전자빔 방출부를 사이에 두고 그 주변에 배치되되 상기 각 전자빔 방출부의 사이 공간에도 배치되어 상기 극자외선을 반사하는 반사층을 더 포함하는 광원 장치. - 제6항에 있어서,
상기 챔버 내의 일측 및 타측은 서로 대향하는 아치 형상을 가지며,
상기 반사층은 상기 일측의 아치 형상에 대응하는 형상을 가지는 광원 장치. - 제4항에 있어서,
상기 애노드 전극은 상기 각 전자빔에 의해 발생되어 그 개구를 통과하는 다수의 극자외선 광원에 대해 중간 집광(Intermediate Focus; IF)의 역할을 하는 광원 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 에미터는 끝이 뾰족한 에미터 팁을 포함하며, 상기 탄소계 물질은 탄소나노튜브를 포함하는 광원 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자빔 방출부는 상기 에미터 상에 이격 배치된 게이트 전극을 더 포함하는 광원 장치. - 제10항에 있어서,
상기 게이트 전극 중 상기 복수의 에미터에 대향하는 부분은 전도성 재질의 메쉬(mesh) 구조를 포함하는 광원 장치. - 제10항에 있어서,
상기 전자빔 방출부는 상기 게이트 전극 상에 이격 배치되어 음의 전압이 인가되어 전자빔을 집속하는 적어도 하나의 집속 전극을 더 포함하는 광원 장치. - 제12항에 있어서,
상기 집속 전극은 제1 집속 전극과, 상기 제1 집속 전극 상에 이격 배치된 제2 집속 전극을 포함하며,
상기 제1 및 제2 집속 전극은 전자빔이 통과하도록 서로 대향하는 개구를 각각 구비하되, 상기 제2 집속 전극의 개구가 상기 제1 집속 전극의 개구보다 작은 광원 장치.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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