KR20230104856A - 다중 섹션 컬렉터 모듈을 구비한 단파장 방사선 소스 - Google Patents

Abstract

방사선 소스는 방출 플라즈마를 갖는 진공 챔버 내에 위치한 광학 컬렉터를 포함하는 컬렉터 모듈을 포함하고, 바람직하게는 여러 개의 동일한 거울로 구성된, 광학 컬렉터로 향하는, 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔을 출력하도록 배열된 적어도 2 개의 케이싱을 포함하는 파편 저감 수단을 더 포함한다. 각 케이싱 외부에는 파편 입자들의 하전 부분을 저감하고 파편 없는 단파장 방사선의 공심 빔을 제공하기 위해 케이싱 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석이 있다. 다른 파편 저감 기술이 추가로 사용된다. 바람직하게는 플라즈마는 레이저 빔의 초점 영역으로 회전 타겟 조립체에 의해 공급되는 액체 금속 타겟의 레이저 생성 플라즈마이다. 본 발명의 기술적 결과는 큰, 바람직하게는 0.25 sr 이상의, 수집 입체각을 갖는 단파장 방사선의 고강력 고휘도의 파편 없는 소스를 제조하는 것이다.

Description

다중 섹션 컬렉터 모듈을 구비한 단파장 방사선 소스

[0001] 본 발명은 대략 0.4 내지 200 nm의 파장에서 연성 X- 선(soft X- ray), 극자외선(extreme ultraviolet, EUV) 및 진공 자외선(vacuum ultraviolet, VUV) 방사선을 발생시키도록 설계된 고휘도 방사선 소스 및 방사선 수집 방법에 관한 것으로, 이는 고출력 광원 및 이의 통합 장비의 장기간 작동을 보장하기 위해 큰 수집 각도에서 매우 효과적인 파편 저감(debris mitigation)을 제공한다.

[0002] 고강도의 연성 X-선, 극자외선(EUV) 및 진공 자외선(VUV) 범위의 방사선 소스는 현미경, 생의학, 의료 진단, 재료 테스트, 나노 구조 분석, 원자 물리학 및 리소그래피와 같은 많은 분야에서 사용된다.

[0003] 연성 X-선(0.4-10 nm), EUV(10-20 nm) 및 VUV(20-120 nm) 범위에서 효과적으로 방출되는 플라즈마는 고출력 레이저의 방사선을 타겟에 집중시키는 것과 방전에서 얻을 수 있다.

[0004] 2013년 8월 22일에 국제공개번호 WO 2014/001071로 공개된 국제 특허 출원 РСТЕР에는 방사선 생성 플라즈마에 의해 생성된 방사선을 수집하고 생성된 방사선을 지향시키는 컬렉터;를 포함하고, 나아가 플라즈마 방사선 빔에서 적외선 레이저 방사선을 억제하기 위한 수단을 추가로 포함하는 컬렉터 모듈을 갖는 레이저 생성 플라즈마(laser-produced plasma, LPP) EUV 광원이 공지되어 있다.

[0005] LPP EUV 광원은 고휘도를 특징으로 한다. 그러나, LPP EUV 광원의 긴 수명을 보장하기 위해 파편으로부터 광학 컬렉터를 보호하는 문제점이 있다.

[0006] 방사선 소스 작동 동안 플라즈마의 부산물로 생성된 파편은 플라즈마 연료 물질의 고에너지 이온, 중성 원자 또는 증기 및 클러스터의 형태일 수 있다. 파편 입자는 방사선 소스 근처에 위치한 하나 또는 여러 개의 컬렉터 미러로 구성될 수 있는 컬렉터 광학 장치를 훼손한다. 컬렉터 미러에 쌓이는 미세 방울 및 입자가 컬렉터 미러의 반사 계수를 감소시킨다는 사실 외에도, 고속 입자는 컬렉터 미러 및 컬렉터 미러 뒤에 있을 수 있는 광학 시스템의 다른 부품들을 손상시킬 수 있다. 따라서 파편이 없는 단파장 방사선의 고휘도 광원을 개발하는 것이 시급하다.

[0007] 2013년 8월 22일 국제공개번호 WO/2013/122505로 공개된 국제 특허 출원 PCT/RU2012/000701에는, 레이저-트리거 방전 플라즈마 EUV 광원이 공지되어 있다. 집속된 레이저 빔은 전극 중 하나에 지향되어 레이저 트리거 방전이 비대칭적이고 대부분 구부러진 바나나 형상을 가지도록 한다. 이러한 방전의 고유한 자기장은 좀 더 약한 자기장의 영역으로 방전 플라즈마의 우세한 움직임을 결정하는 구배를 갖는다. 플라즈마 흐름의 방향은 광학 컬렉터의 방향과 크게 다르다. 높은 방사선 파워를 얻기 위해, 방전은 높은 펄스 반복률로 발생된다. 본 발명은 하전 입자의 간단하고 매우 효과적인 저감을 제공한다.

[0008] 그러나, 중성 입자 및 클러스터의 억제는 보다 정교한 파편 저감 기술의 사용을 필요로 한다.

[0009] 연성 X-선, EUV 및 VUV 범위에서의 광 발생은 레이저 생성 플라즈마의 사용에서 가장 효과적이다. 최근 몇 년 동안 LPP 방사선 소스의 개발은 7nm 노드 이하의 집적 회로(IC)의 대량 제조를 위한 투사 극자외선 리소그래피의 개발로 크게 고무되었다.

[0010] 특별하게 주입된 가스에서 단파장 방사선 빔의 경로를 따라 생성된 보조 플라즈마의 사용에 기초한 파편 저감 기술이 2016년 2월 23일에 공개된 미국 특허 9268031에 개시되어 있다. 보조 플라즈마에 노출된 결과로서 전하를 얻은 파편은 펄스 전기장에 의해 편향된다. 이 방법은 예를 들어 크세논을 플라즈마 연료로 사용하는 소스에서 파편의 이온/증기 부분으로부터 광학 컬렉터를 보호하는 데 효과적이다.

[0011] 그러나, 플라즈마 형성 물질로서 금속을 사용하는 소스에서, 광학 컬렉터의 요소들에 대한 주요 위협은 파편 입자의 미세 액적 부분이며, 이에 대해 상기 방법은 무력하다.

[0012] 2013년 8월 27일에 공개된 미국 특허 8519366에는, Sn 액적 표적을 사용하는 LPP EUV 방사선 소스에서의 파편 저감 방법이 공지되어 있다. 이 방법은 파편 입자의 하전 부분의 자기적 저감을 사용하는 것을 포함한다. 이와 함께, 파편 기술은 버퍼 가스의 보호 흐름을 공급하기 위한 포일 트랩 및 포트를 포함하며, 이는 액체 금속 타겟 물질의 중성 원자 및 클러스터의 충분히 효과적인 포획을 제공한다.

[0013] 그러나, 파편 입자들의 미세 액적 부분을 저감하기 위해 추가적이고, 다소 복잡한 수단이 요구된다.

[0014] 2007 년 11월 27일에 공개된 미국 특허 7302043에 공지된 파편 저감을 위한 방법은 이러한 결점이 부분적으로 없다. 이 방법은 어느 한 회전 기간 동안 적어도 하나의 개구를 통해 단파장 방사선을 투과시키고 셔터의 다른 회전 기간 동안 파편의 통과를 방지할 수 있는 고속 회전 셔터의 사용을 제공한다.

[0015] 그러나, 콤팩트한 방사선 소스에서 파편 저감을 위한 이러한 수단의 사용은 기술적으로 구현하기가 매우 까다롭다.

[0016] 이러한 단점은 2020년 4월 28일에 공개된 미국 특허 10638588, 2020년 3월 10일에 공개된 미국 특허 10588210 및 2020년 5월 5일에 공개된 미국 특허 출원 20200163197에 공지된 단파장 방사선 소스에는 거의 없으며, 이들 문헌은 그 전체가 참조로 본 설명에 포함된다. 이들 특허 문헌에 개시된 소스는 용융 금속층의 형태로 타겟을 집속된 레이저 빔과의 상호작용 영역으로 전달하는 회전 타겟 조립체를 갖는 진공 챔버를 포함한다. 파편 저감을 위한 수단의 복합체는 80m/s 이상의 높은 선속도로 타겟을 회전시키는 것을 포함한다. 파편의 이온/증기 부분을 억제하기 위해 포일 트랩, 자기장 및 보호 버퍼 가스의 지향성 흐름을 사용한다. 방사선 소스의 실시예에서, 탄소 나노 튜브의 교체가능한 멤브레인(CNT 멤브레인)이 단파장 방사선 빔의 경로에 설치된다. 또한 방출 플라즈마의 영역을 둘러싸는 파편 차폐물은 고정적으로 설치되어 레이저 빔을 펄스 방출 플라즈마의 영역에 넣고 그로부터 단파장 방사선 빔을 빠져나가게 하는 것을 제공한다. 또한 파편의 이온 부분을 억제하기 위해 레이저 프리-펄스를 사용하는 것이 제안된다. 또 다른 제안된 파편 저감 메커니즘은 방사선에 의한 이전 레이저 펄스와 및 후속 펄스의 플라즈마로부터 발생하는 최대 0.1μm 크기의 미세액적의 증발을 보장하기 위해 예를 들어 1MHz 정도의 높은 반복률의 레이저 펄스를 사용하는 것이다.

[0017] 이들 방법은 파편 저감 효율이 충분히 높지만, 이들은 상대적으로 작은 공간 각도의 단파장 플라즈마 방사선의 수집에 대한 것이며, 그 결과, 단파장 방사선 빔에서의 평균 파워는 다수의 응용에 충분하지 않다.

[0018] 따라서, 위에서 언급된 단점들 중 적어도 일부를 제거할 필요가 있다. 특히, 콤팩트하고 고출력이며 큰 수집 각도를 가지며 단파장 방사선의 출력 빔의 경로에서 실질적으로 완전한 파편 저감을 제공하는 개선된 광 소스에 대한 요구가 있다.

[0019] 본 발명은 연성 X-선, EUV 및 VUV 방사선의 순수한 고휘도 소스의 평균 파워의 다중 증대와 관련된 기술적 문제를 해결하는 한편, 상업적 이용 가능성 및 경제적 운영을 보장하는 것을 목적으로 한다.

[0020] 본 발명의 기술적 결과는 커다란, 바람직하게는 0.25sr 이상의 입체각으로 전파되는 단파장 방사선 빔에서 매우 효과적인 파편 저감을 갖는 단파장 방사선의 고출력 고휘도 소스의 제조하는 것이다.

[0021] 이러한 목적의 달성은 단파장 방사선을 방출하는 플라즈마를 갖는 진공 챔버 내에 위치하는 광학 컬렉터를 포함하고, 광학 컬렉터로 향하는 단파장 방사선의 경로 상의 파편 저감 수단을 더 포함하는 컬렉터 모듈을 갖는 플라즈마 단파장 방사선 소스를 이용함으로써 가능하다.

[0022] 소스는 파편 저감 수단이 광학 컬렉터로 오는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔을 출력하도록 배열된 적어도 2 개의 케이싱을 포함하고, 각 케이싱의 외부에는 케이싱 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석이 있고, 영구 자석에 의해 형성된 자기장은 파편 없는 공심 빔을 제공하도록 공심 빔으로부터 파편 입자의 하전된 부분을 제거하는 것을 특징으로 한다.

[0023] 바람직하게는, 각 케이싱의 외측 표면은 플라즈마로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하고 연직 방향 또는 다른 선택된 방향에 평행하게 연장된 2 개의 제1 면을 포함한다.

[0024] 바람직하게는, 각 케이싱은 플라즈마로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하고 케이싱의 2 개의 제1 면에 실질적으로 수직하게 연장되는 2 개의 제2 면을 포함한다.

[0025] 본 발명의 실시예는 각 케이싱의 제1 면의 면적이 케이싱 표면의 나머지 부분의 면적 보다 크고, 영구 자석은 각 케이싱의 제1 면과 실질적으로 접촉한다.

[0026] 발명의 실시예는 각 케이싱의 제1 면의 면적이 케이싱 표면의 나머지의 면적보다 작고, 영구 자석은 그들의 제1 면 외부의 케이싱의 표면 상에 위치한다.

[0027] 본 발명의 실시예는 각 케이싱의 2 개의 제1 면 사이의 각도가 30도보다 작다.

[0028] 본 발명의 실시예는 2 개의 인접한 케이싱의 인접하는 면 사이의 각도가 3 내지 10도이다.

[0029] 본 발명의 실시예에서, 영구 자석은, 서로 다른 케이싱의 가장 멀리 위치한 서로 다른 부분들로부터 가장 멀리 위치하며, 자기 코어에 의해 연결된다.

[0030] 본 발명의 실시예에서 광학 컬렉터는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔 각각의 경로에 설치된 여러 개의 미러를 포함한다.

[0031] 바람직하게는, 모든 미러의 반사면은 회전 타원체를 형성하며, 그 중 하나의 초점은 플라즈마이고 다른 초점은 광학 컬렉터의 모든 미러의 초점 지점이다.

[0032] 바람직하게는, 파편 저감 수단은 단파장 방사선 빔의 경로에서 각각의 케이싱과 광학 컬렉터 사이에 설치된 탄소 나노 튜브(carbon nanotubes, CNT)에 기초한 멤브레인을 포함한다.

[0033] 본 발명의 실시예에서 파편 저감 수단은 각 케이싱 내부에서 플라즈마로 향하는 보호 가스 흐름을 포함하며, 한편, 각각 CNT 멤브레인은 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔의 출구를 위한 케이싱 윈도우와 이를 통과하는 보호 가스의 유출을 방지하는 가스 셔터로 동시에 기능한다.

[0034] 본 발명의 실시예에서, 영구 자석은 케이싱의 전체 길이를 따라 위치한다.

[0035] 바람직하게는, 파편 저감 수단은 각각의 케이싱에 위치되고 플라즈마에 대해 방사 방향으로 배향되고, 자기장 선에 실질적으로 수직하는 포일 플레이트를 포함한다.

[0036] 본 발명의 실시예에서, 플라즈마는 레이저 생성 플라즈마, z-핀치 플라즈마, 플라즈마 포커스, 방전 생성 플라즈마, 레이저 트리거 방전 생성 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.

[0037] 바람직하게는, 플라즈마는 레이저 빔의 초점 영역으로 회전 타겟 조립체에 의해 공급되는 액체 금속 타겟의 레이저 생성 플라즈마이다.

[0038] 바람직하게는, 타겟은 회전 타겟 조립체에 설치되며, 환형 홈의 회전축을 마주보는 표면 상에 원심력에 의해 형성되는 용융 금속층이다.

[0039] 다른 측면에서, 본 발명은 플라즈마 생성 위치에서 플라즈마에 의해 방출된 방사선을 광학 컬렉터로 수집하는 단계와, 적어도 일부분의 방사선을 초점 지점에 지향시키는 단계를 포함하며, 플리즈마에 의해 방출된 방사선은 파편 저감 수단이 장착되며 케이싱에서 나와 광학 컬렉터로 가는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔을 형성하도록 배열된 적어도 2 개의 케이싱을 통해 가이드되는, 방사선 수집 방법에 관련된다.

[0040] 바람직하게는, 각 케이싱 외부에는 케이싱 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석이 있고, 영구 자석에 의해 형성된 자기장은 파편 입자의 하전 부분을 저감하고, 보호 가스 흐름, 포일 트랩, CNT 멤브레인을 포함하는 다른 파편 저감 기술은 또한 파편 없는 공심 빔을 제공하기 위해 각각의 케이싱에 사용된다.

[0041] 바람직하게는, 광학 컬렉터는 파편 없는 공심 빔 각각의 경로에 설치된 여러 개의 미러를 포함하고, 모든 미러들의 반사면은 타원체 또는 변형된 타원체의 표면 상에 놓이며, 그 중 하나의 초점은 플라즈마이고, 다른 초점은 광학 컬렉터의 모든 미러의 초점 지점이다.

[0042] 본 발명의 전술한 바와 기타 다른 목적, 이점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 제공되는 다음의 실시예들의 비제한적 설명에서 더욱 명백해질 것이다.

[0043] 본 발명의 본질은 다음과 같은 도면에 의해 설명된다:
[0044] 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다중 섹션 컬렉터 모듈을 갖는 단파장 방사선 소스의 개략도이다.
[0045] 도 3 및 도 4는 회전 타겟 조립체가 있는 레이저 생성 플라즈마 방사선 소스의 개략도이다.
[0046] 상기한 도면은 본 기술적 해결책을 구현하기 위한 선택들의 전체 범위를 포괄하지 않고, 나아가 제한하지 않으며, 그 구현의 특정한 경우에 대한 예시적인 자료만을 나타낸다.

[0047] 도 1 에 다양한 스케일로 도시된 본 발명의 실시예의 예시에 따르면, 플라즈마 방사선 소스는 단파장 방사선을 방출하는 펄스 고온 플라즈마(2)의 영역을 갖는 진공 챔버(1)를 포함한다. 부산물로서, 플라즈마 형성 물질의 증기, 이온 및 클러스터를 포함하는 파편 입자들이 플라즈마 영역에서 생성된다. 플라즈마 방사선 소스는 플라즈마(2)로부터 광학 컬렉터(3)로 향하는 단파장 방사선 빔(5)의 경로 상에 배치된 광학 컬렉터(3) 및 파편 저감 수단(4)으로 구성된 컬렉터 모듈을 더 포함한다. 광학 컬렉터는 단파장 방사선을 중간 초점으로 리디렉션한 다음 단파장 방사선으로 작동하는 광학 시스템으로 리디렉션한다

[0048] 본 발명에 따르면, 파편 저감 수단(4)은 바람직하게는 여러 개의 미러(8)로 구성된 광학 컬렉터(3)로 가는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔(7)을 출력하도록 배열된 적어도 2 개의 케이싱(6)을 포함한다. 특징적인 플라즈마 크기는 약 0,1 mm(자유 전자 밀도의 FWHM 또는 발광 플라즈마 영역의 휘도 프로파일의 FWHM으로 측정)이므로, 플라즈마 방사선 소스는 준-점(quasi-point)으로 간주될 수 있으며, 그로부터 나오는 방사선 빔들은 공심(homocentric)으로 간주될 수 있다.

[0049] 각 케이싱(6)의 외부에는 케이싱(6) 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석(9)이 있고, 영구 자석(9)에 의해 형성된 자기장은 파편 없는 공심 빔들을 제공하기 위해 공심 빔들(7)로부터의 파편 입자들의 하전 부분을 제거한다.

[0050] 각각의 케이싱(6)의 외측 표면은 플라즈마(2)로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하고 수직 또는 다른 선택된 방향과 평행하게 연장된 2 개의 제1 면(10)을 포함한다.

[0051] 각 케이싱(6) 외부에는 영구 자석(9)이 있으며, 영구 자석(9)은 케이싱(6) 내부에 자기장을 생성하며, 자기장의 자기 유도 벡터는 케이싱의 광축에 실질적으로 수직하게 지향된다.

[0052] 바람직하게는, 영구 자석(9)은 케이싱(6)의 전체 길이를 따라 위치된다.

[0053] 공지된 해결책과 대조적으로, 본 발명에 따른 파편 저감 수단(4)은 높은 효율의 파편 저감을 유지하면서 단파장 플라즈마 방사선의 수집 입체각을 상당히 증가시킬 수 있게 하는 다중-섹션 시스템이다. 수집 입체각의 증가는 단파장 방사선의 수집된 파워를 상당히(수 배) 증가시킬 수 있게 하여 거의 모든 응용 분야에서 이러한 유형의 방사선 소스를 사용하는 효율을 증가시킬 수 있다.

[0054] 단일 섹션 시스템에서, 하우징의 횡방향 치수의 단순한 증가는 하전 입자에 대한 자기적 보호 효과의 급격한 감소를 초래한다. 이는 자기장의 힘 선을 따라 케이싱의 크기가 클수록 케이싱의 부피에서 자기 유도 값이 낮아져, 단파장(3)을 방출하는 플라즈마 영역에서 케이싱을 통해 컬렉터 미러(8)로 전파되는 하전 입자의 횡방향 속도의 감소를 초래하기 때문입니다. 따라서, 섹션의 비행 동안, 입자는 충분한 거리를 편향시킬 수 없어 거울에 부딪히는 것을 피할 수 없다. 실험에 따르면 자기적 보호의 효과적인 작동을 위해서는 단파장을 방출하는 플라즈마 영역으로부터 약 40mm 떨어진 거리에서 케이싱 중앙의 자기 유도 값이 0.5T 이상 이어야 한다. 또한 자석이 위치한 케이싱의 측면들 사이의 평평한 각도는 30도를 초과 하지 않아야 한다는 것이 실험적으로 확립 되었다.

[0055] 따라서, 케이싱의 면들 사이의 평면 각도가 30도를 초과하지 않는 다중 섹션 파편 저감 시스템의 사용은 각각의 케이싱에서 하전 입자의 고효율적인 자기적 저감(magnetic mitigation)을 위해 충분한 크기의 일정한 자기장을 생성하는 것을 가능하게 한다.

[0056] 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 서로 다른 케이싱(6)의 가장 멀리 위치한 서로 다른 제1 면(10)으로부터 가장 멀리 위치한 영구 자석(9)은, 자기 코어(11)에 의해 연결된다. 자기 코어(11)는, 바람직하게는 연자성 강철로 만들어지며, 자기 코어에 자기장을 집중시킴으로써 산란에 의한 자기장의 손실을 감소시킬 수 있고, 이에 의해 각 케이싱의 부피를 증가시켜 자기적 파편 저감의 효율을 증가시킨다.

[0057] 본 발명의 실시예에서, 각 케이싱(6)은 플라즈마(2)로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하게 연장되고 케이싱의 2 개의 제1 면(10)에 실질적으로 수직인 2 개의 제2 면(12)을 포함한다.

[0058] 플라즈마(2)를 기준으로 한 방사 방향의 제1 및 제2 면(10, 12)의 배향은 다중 섹션 파편 저감 시스템의 높은 기하학적 투명성을 제공한다. 동일한 목적이 본 발명의 실시예들에서 2 개의 인접한 케이싱(6)의 인접한 면들 사이의 각도가 3 내지 10 도 범위에 있다는 사실에 의해 실현된다.

[0059] 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각 케이싱(6)의 제1 면(10)의 면적은 케이싱(6) 표면의 나머지 부분의 면적보다 크고, 영구 자석(9)은 각 케이싱(6)의 제1 면(10)과 실질적으로 접촉한다.

[0060] 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 각 케이싱(6)의 제1 면(10)의 면적은 케이싱의 나머지 표면의 면적보다 작을 수 있고, 영구 자석(9)은 제1 면(10) 바깥에 있는 케이싱(6)의 표면 상에, 예를 들어, 각 케이싱(6)의 큰 제2 면(12) 상에 위치될 수 있다.

[0061] 파편 저감 수단(4)은 바람직하게는 공심 빔들(7)의 경로에서 각 케이싱(6)과 광학 컬렉터(3)의 미러(8) 사이에 설치되고 탄소 나노 튜브로 형성된 멤브레인(13)을 포함한다. CNT 멤브레인은 바람직하게는 20 내지 100 nm 범위의 두께를 가지며, 이는 20 nm보다 짧은 파장의 범위에서 높은 강도 및 높은 투명성을 보장한다. 따라서 CNT 멤브레인(13)은 20nm보다 짧은 파장 범위에서의 높은 투명성으로 인해 공심 빔들(7)의 출구를 제공한다. 동시에, CNT 멤브레인(13)은 이를 통한 파편 입자의 통과를 방지하여, 단파장 방사선의 파편이 없는 공심 빔(7)을 제공한다.

[0062] 이와 함께, 파편 저감 수단은 각 케이싱(6) 내부에서 플라즈마로 향하는 보호 가스 흐름을 포함하고, 한편 각각의 CNT 멤브레인(13)은 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔들(7)의 출구를 위한 케이싱 윈도우와 이를 통한 보호 가스의 유출을 방지하는 가스 셔터로서 동시에 기능한다.

[0063] 약 20 Pa의 보호 가스 압력에서 케이싱에 평균 진공을 제공하는 것은 가스 분자와 플라즈마 영역으로부터 산란된 파편 입자 사이의 충돌 횟수를 증가시키고, 이로써 이들을 직선 운동으로부터 편향시킬 수 있다. 이와 동시에, 가스 밀봉으로서 CNT 멤브레인의 사용은 공심 빔(7)이 사용자 광학 장치로 전파되는 전체 경로를 따라서가 아니라 케이싱 내에서만 증가된 압력의 사용을 허용한다. 이것은 가스의 흡수로 인한 단파장 방사선의 손실을 줄인다.

[0064] 20nm 이상의 파장 범위에서 방사선을 얻기 위해, CNT 멤브레인(13)은 사용되지 않는데, 이는 해당 범위에서의 투명도가 방사선 파장의 증가에 따라 급격히 감소하기 때문이다.

[0065] 도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 광학 컬렉터(3)는 여러 개의 미러(8)를 포함하는 한편, 모든 미러의 반사면은 회전의 타원체 또는 다른 말로 하면 회전 타원체(spheroid)(15)에 속하며, 여기서 회전 타원체의 하나의 초점은 펄스 방출 플라즈마(2)의 영역이고, 다른 쪽 초점은 광학 컬렉터(3)의 미러(8)의 초점 지점(16)이다. 이러한 미러의 제조는 컬렉터 미러 기판의 거칠기가 0.2-0.3 nm에 불과하기 때문에 매우 비싸고, 이러한 미러, 특히 비구면 프로파일을 갖는 미러의 비용은 면적 증가보다 2-3배 크게 증가하는 법이다. 따라서 여러 개의 동일한 미러(8)를 사용하면 광학 컬렉터 비용이 크게 절감된다.

[0066] 펄스 방출 플라즈마는 레이저 생성 플라즈마, z-핀치 플라즈마, 플라즈마 포커스, 방전 생성 플라즈마, 레이저 트리거 방전 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.

[0067] 바람직한 실시예에서, 펄스형 고온 플라즈마는, 2020년 5월 21일에 공개된 미국 특허 출원 20200163197에 상술된 바와 같이, 회전 타겟 조립체에 의해 레이저 빔의 초점 영역으로 전달되는 액체 금속 타겟 물질의 레이저 플라즈마이며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.

[0068] 도 3에 개략적으로 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 타겟(17)은 회전축(18)을 마주보는 회전 타겟 조립체(20)의 환형 홈(19)의 표면 상에 원심력에 의해 형성된 용융 금속층이다. 본 발명의 바람직한 실시예의 등측도는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

[0069] 도 3 및 도 4에 예시된 액체 금속 타겟의 레이저 생성 플라즈마를 사용하는 바람직한 실시예에서 고휘도 단파장 방사선 소스의 동작은 다음과 같이 수행된다. 진공 챔버(1)는 오일-프리 펌핑 시스템에 의해 10^-5 … 10^-8 mbar 이하의 압력으로 펌핑되어, 액체 금속 타겟 물질과 상호 작용할 수 있는 질소, 산소, 탄소 등과 같은 기체 성분을 제거한다.

[0070] 타겟(17)은, 그 물질이 Sn, Li, In, Ga, Pb, Bi, Zn 및 이들의 합금을 포함하는 무독성 저융점 금속 그룹에 속하며, 집속된 레이저 빔(21)과의 상호작용 영역 내로 회전 타겟 조립체에 의해 전달된다. 타겟은 1kHz 내지 1MHz 범위의 높은 펄스 반복률을 갖는 집속된 펄스 레이저 빔(21)에 노출된다. 타겟 물질 및 타겟 상의 레이저 출력 밀도에 따라, 레이저 플라즈마의 단파장 방사선은 연성 X-선 및/또는 EUV 및/또는 VUV 스펙트럼 범위에서 생성된다.

[0071] 플라즈마(2)에 의해 방출된 단파장 방사선의 빔(5)은 케이싱(6)을 통과하고 바람직하게는 CNT 멤브레인(13)을 통과하여, 광학 컬렉터(3)의 미러(8)로 향하는 파편 없는 공심 빔으로 변환된다. 여기서, 영구 자석(9, 도 4)은 일정한, 바람직하게는 공심 빔의 축에 수직하게 향하는 자기장을 생성한다. 로렌츠 힘의 작용 하에서, 파편 입자들(주로 이온)의 하전 부분은 공심 빔(7)의 축을 따라 직선 운동으로부터 벗어나 케이싱(6)의 내벽 또는 케이싱(도 3) 내에 특별히 배치된 플레이트들(22)과 충돌하여 이들에 의해 갇히게 된다. 케이싱(6)에 장착된 플레이트들(22)은 플라즈마(2)에 방사상으로 향하고, 바람직하게는 자석(9)에 의해 생성된 자기장의 선들에 수직이다. 플레이트들(22)은 고속 하전 입자의 보다 효율적인 포획을 허용하는데, 그 이유는 입자의 속도가 높을수록 자기장의 영향으로 편향되는 횡단거리가 더 작기 때문이다. 이와 함께 보호 가스 흐름은 파편 입자의 이온/증기 부분의 이동을 방지하여, 이들을 케이싱(6) 및 플레이트(22)의 벽에 증착시켜, CNT 멤브레인(13)을 파편으로부터 보호한다. 20nm보다 짧은 파장 범위에서 이들의 높은 투명성으로 인해, CNT 멤브레인은 광학 컬렉터(3)의 미러(8)에 단파장 빔의 출구를 제공한다. 동시에, CNT 멤브레인(13)은 이들을 통한 파편의 통과를 방지하여, 각각의 미러(8)에 대해 신뢰성 있는 보호를 제공한다. 추가적으로, 가스 유입구(14)를 통해 공급되는 보호 가스의 방향성 흐름을 구성함으로써 케이싱(6) 내의 효과적인 파편 저감이 보장된다. 차폐 가스 스트림은 CNT 멤브레인(13)을 파편의 이온/증기 부분으로부터 보호하여 서비스 수명을 늘린다.

[0072] 파편 저감을 위한 유사한 수단이 또한 레이저 빔(21)의 경로를 따라 사용된다.

[0073] 상술한 장치들은 방사선을 수집하는 방법에 관한 양태들 중 하나에 관련된 본 발명의 특정 실시예들을 실현한다. 상기 방법은 플라즈마 형성 위치에서 플라즈마(2)에 의해 방출된 단파장 방사선을 광학 컬렉터(3)에 의해 수집하는 단계와, 초점(16, 도 2)으로 방사선의 적어도 일부분을 지향시키는 것을 포함한다. 플라즈마(2)에 의해 방출된 방사선 빔(5)은 파편 저감 수단(4)과 통합된 적어도 2 개의 케이싱(6)을 통해 유도되고, 케이싱(6)으로부터 나와 광학 컬렉터(3)로 향하는 단파장 방사선의 파편이 없는 공심 빔들(7)을 형성하도록 배열된다.

[0074] 각 케이싱 외부에서 케이싱(6) 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석(9)은 파편 입자의 하전 부분 저감에 사용되며 보호 가스 흐름, 포일 트랩, CNT 멤브레인을 포함한 기타 파편 저감 기술도 파편이 없는 공심 빔들(7)을 제공하도록 각 케이싱에 사용된다.

[0075] 광학 컬렉터(3)는 바람직하게는 파편이 없는 등심 빔(7) 각각의 경로에 설치된 여러 개의 미러(8)를 포함하고, 모든 미러의 반사면은 타원체(15) 또는 변형된 타원체의 표면 상에 놓여 있으며, 그 중 하나의 초점은 플라즈마(2)이고, 다른 초점(16)은 광학 컬렉터(3)의 모든 미러(8)의 초점 지점이다. 변형된 타원체 형상은 완벽한 타원체 형상과 비교하여 원거리에서 수집된 방사선의 개선된 강도 균일성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

[0076] 따라서, 본 발명은 긴 수명과 사용의 용이성을 가지며, 파편이 없고, 강력하고, 고휘도인 연성 X-선, EUV 및 VUV 방사선의 소스들을 생성하는 것을 가능하게 한다.

[0077] 제안된 장치는 현미경, 재료 과학, 재료의 X-선 진단, 생의학 및 의료 진단, EUV 리소그래피를 위한 액티닉 마스크 결함 검사를 포함한 나노 및 미세 구조 검사를 포함한 여러 응용을 위한 것이다.

Claims (19)

1. 단파장 방사선을 방출하는 플라즈마(2)를 갖는 진동 챔버(1) 내에 위치하는 광학 컬렉터(3);를 포함하고, 상기 광학 컬렉터(3)로 향하는 단파장 방사선의 경로 상의 파편 저감 수단(4)을 더 포함하며,
   상기 파편 저감 수단(4)은 상기 광학 컬렉터(3)로 향하는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔(7)을 출력하도록 배치된 적어도 2 개의 케이싱(6)을 포함하며,
   각 케이싱의 외측 표면은 상기 플라즈마(2)로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 2 개의 제1 면(10)을 포함하며, 선택적으로 상기 2 개의 제1 면은 연직 방향에 평행하며,
   각 케이싱(6)의 외부에는 상기 케이싱(6)의 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석(9)이 있고, 상기 영구 자석(9)에 의해 형성된 자기장은 파편 없는 공심 빔을 제공하도록 공심 빔(7)으로부터 파편 입자의 하전 부분을 제거하는, 컬렉터 모듈을 갖는 플라즈마 단파장 방사선 소스.
2. 제2 항에 있어서, 각 케이싱(6)은 상기 플라즈마(2)로부터의 단파장 방사선 전파 방향에 실질적으로 평행하며 상기 케이싱의 2 개의 제1 면(10)에 실질적으로 수직하게 연장되는 2 개의 제2 면(12)을 포함하는, 소스.
3. 제2 항에 있어서, 각 케이싱(6)의 제1 면(10)의 면적은 상기 케이싱(6) 표면의 나머지의 면적보다 크며, 상기 영구 자석(9)은 각 케이싱(6)의 제1 면(10)과 실질적으로 접촉하는, 소스.
4. 제2 항에 있어서, 각 케이싱(6)의 제1 면(10)의 면적은 상기 케이싱(6) 표면의 나머지의 면적보다 작으며, 상기 영구 자석(9)은 상기 제1 면(10)의 외부의 상기 케이싱(6)의 표면상에 위치하는, 소스.
5. 제2 항에 있어서, 각 케이싱(6)의 제1 면(10) 사이의 각도는 30도보다 작은, 소스.
6. 제2 항에 있어서, 2 개의 인접한 케이싱(6)의 인접한 면 사이의 각도는 3 내지 10도에 있는, 소스.
7. 제1 항에 있어서, 서로 다른 케이싱(6)으로부터 가장 멀리 위치한 서로 다른 부분들로부터 가장 멀리 위치하는 영구 자석(9)은 자기 코어(11)에 의해 연결되는, 소스.
8. 제1 항에 있어서, 상기 광학 컬렉터(3)는 파편 없는 공심 빔(7) 각각의 경로에 설치되는 여러 개의 미러(8)를 포함하는, 소스.
9. 제9 항에 있어서, 모든 미러(9)의 반사면은 회전 타원체(15)를 형성하며, 회전 타원체(15)의 하나의 초점은 플라즈마(2)이고, 다른 초점(16)은 광학 컬렉터의 모든 미러의 초점 지점인, 소스.
10. 제1 항에 있어서, 파편 저감 수단(4)은 각각의 케이싱(6)과 상기 광학 컬렉터(3) 사이에 설치되는 탄소 나노 튜브(CNT)에 기초하는 멤브레인(13)을 포함하는, 소스.
11. 제11 항에 있어서, 상기 파편 저감 수단(4)은 각각의 케이싱(6) 내부에서 상기 플라즈마로 향하는 보호 가스 흐름을 포함하며, 각 CNT 멤브레인(13)은 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔(7)의 출구를 위한 케이싱 윈도우와 이를 통과하는 보호 가스의 유출을 방지하는 가스 셔터로 동시에 기능하는, 소스.
12. 제1 항에 있어서, 상기 영구 자석(9)은 케이싱의 전체 길이를 따라 위치하는, 소스.
13. 제1 항에 있어서, 상기 파편 저감 수단(4)은 각각의 케이싱(6)에 위치하며 상기 플라즈마(2)를 기준으로 방사 방향으로 배향되고, 자기장 선에 실질적으로 수직하는 포일 플레이트(22)를 포함하는, 소스.
14. 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마는 레이저 생성 플라즈마, z-핀치 플라즈마, 플라즈마 포커스, 방전 생성 플라즈마, 레이저 트리거 방전 생성 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있는, 소스.
15. 제1 항에 있어서, 상기 플라즈마는 레이저 빔(21)의 초점 영역으로 회전 타겟 조립체(20)에 의해 공급되는 액체 금속 타겟(17)의 레이저 생성 플라즈마인, 소스.
16. 제16 항에 있어서, 상기 타겟(17)은 회전 타겟 조립체(20)에 설치되며, 환형 홈(19)의 회전축(18)을 마주보는 표면 상에 원심력에 의해 형성된 용융 금속층인, 소스.
17. 플라즈마 생성 위치에서 플라즈마에 의해 방출된 방사선을 광학 컬렉터로 수집하는 단계와, 플라즈마에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부분을 초점 지점에 지향시키는 단계를 포함하며,
    상기 플리즈마에 의해 방출된 방사선은 파편 저감 수단이 장착되며 케이싱에서 나와 상기 광학 컬렉터로 가는 단파장 방사선의 파편 없는 공심 빔을 형성하도록 배열된 적어도 2 개의 케이싱을 통해 가이드되는, 방사선 수집 방법.
18. 제18 항에 있어서, 각 케이싱 외부에는 케이싱 내부에 자기장을 생성하는 영구 자석이 파편 입자들의 하전 부분 저감을 위해 사용되며 선택적으로 보호 가스 흐름, 포일 트랩, CNT 멤브레인 파편 저감 소자를 포함하는, 방사선 수집 방법.
19. 제18 항에 있어서, 상기 광학 컬렉터는 각각의 파편 없는 공심 빔 경로상에 설치된 여러 개의 미러를 포함하며, 모든 미러의 반사면은 초점 하나가 플라즈마인 타원체 또는 변형된 타원체의 표면 상에 놓이는, 방사선 수집 방법.

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