WO2013141578A1 - 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치 - Google Patents

플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치 Download PDF

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WO2013141578A1
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plasma
extreme ultraviolet
gas
laser
light
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PCT/KR2013/002249
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임재원
유부엽
최종립
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주식회사 에프에스티
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas

Definitions

  • the present invention relates to an extreme ultraviolet generator using plasma, and more particularly, to an extreme ultraviolet generator capable of generating an extreme ultraviolet beam while simplifying the structure as much as possible.
  • the resolution of the exposure apparatus is proportional to the numerical aperture (NA) of the transfer optical system and inversely proportional to the wavelength of light used for exposure. For this reason, as an attempt to increase the resolution, an attempt has been made to use an Extreme Ultraviolet (EUV) light source having a short wavelength instead of visible or ultraviolet light for exposure transfer.
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • As the EUV light generating device used in such an exposure transfer device there are a laser plasma EUV light source and a discharge plasma EUV light source.
  • the wavelength used in the EUV exposure apparatus is 20 nm or less, and a typical 13.5 nm light source has been widely researched and developed using Ne plasma using Ne gas as a reaction material of a laser plasma light source. It has efficiency (ratio of EUV light intensity obtained with respect to input energy). Since Ne is a gaseous material at room temperature, the problem of debris is difficult. However, in order to obtain a high output EUV light source, there is a limit to using Ne gas as a target, and it is also desired to use other materials.
  • the region of 200 nm to 100 nm corresponding to half of the long wavelength side is called VUV light and the region of 100 nm to 10 nm corresponding to half of the short wavelength side is generally called EUV light.
  • EUV light with a center wavelength of less than 100 nm from plasma is absorbed by the optical system such as air or condenser mirror (applied with a general reflective coating), and thus is not absorbed by the optical system.
  • Korean Patent Application No. 10-2011-0017579 name of the invention: when looking at the stabilized extreme ultraviolet light generating apparatus using a plasma through Figure 1, the laser source 10 for outputting a laser, in the laser source
  • the gas cell 20 which generates extreme ultraviolet rays by generating a plasma by a laser and a gas by receiving a gas from a gas supply path to a plasma induction path corresponding to a section in which the output laser is incident and focused.
  • the first vacuum chamber unit 30 which maintains a constant vacuum degree
  • the second vacuum chamber which maintains a constant vacuum degree as a space for injecting extreme ultraviolet rays generated from the gas cell and emitting the extreme ultraviolet rays to the outside.
  • the unit 40 a gas supply unit for supplying a gas for inducing the laser and the plasma to the gas supply path of the gas cell and the first dust And a first vacuum pump and a second vacuum pump for forming vacuum degrees of the empty chamber portion and the second vacuum chamber portion, respectively, and a plurality of optical systems 71 to 75 transferring light output from the race source.
  • the extreme ultraviolet ray generating apparatus corresponds to a very excellent technology capable of generating stabilized extreme ultraviolet ray through the plasma reaction as the invention filed by the present applicant.
  • the present invention for solving the problems as described above, stabilization using a plasma that can produce a stabilized extreme ultraviolet beam while simplifying the structure as much as possible, minimizing efficiency degradation, and can effectively capture the EUV light source generated from the plasma
  • An object of the present invention is to provide an extreme ultraviolet generator.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma induced reaction gas cell capable of generating optimal extreme ultraviolet (EUV) light through plasma induction using a reaction gas.
  • EUV extreme ultraviolet
  • a laser source for outputting a laser for outputting a laser
  • FM (Focusing focusing the laser beam reflected from the TLM) Mirror) is supplied with a reaction gas from a gas supply path to a plasma induction furnace corresponding to a section in which the laser focused by the FM is focused and generates plasma by a laser beam and the reaction gas to generate extreme ultraviolet rays.
  • a vacuum chamber for accommodating the gas cell and the TLM, FM, and the gas cell in a vacuum state.
  • the first aperture is provided for the alignment of the laser beam focused in the FM, and the second aperture for transmitting only the central wavelength in the extreme ultraviolet beam generated in the gas cell.
  • the vacuum chamber is divided into a first vacuum chamber portion and a second vacuum chamber portion, the second vacuum chamber portion maintains a higher vacuum than the first vacuum chamber portion, the first vacuum chamber portion, TLM, FM And a gas cell and a first aperture, wherein the second vacuum chamber part is configured to receive the second aperture.
  • a beam splitter for reflecting a part of the light reflected by the TLM and an image sensor for detecting a wavefront (wavefront) of the beam reflected through the beam splitter.
  • the laser source may have an IR wave length of 800 nm to 1600 nm and a pulse width of 30 fs to 50 fs.
  • the first aperture may be removed after aligning the beam output from the FM.
  • the body having a length shape having a predetermined length
  • the light induction furnace formed on each side in the longitudinal direction of the body, the plasma induction furnace located between the light induction furnace, And a gas injection path configured to communicate with the plasma induction furnace, and a gas injection path for supplying a plasma reaction gas supplied from the outside, and a gas exhaust path communicating with the light induction furnace to exhaust the gas present in the plasma induction furnace to the outside.
  • a gas injection path configured to communicate with the plasma induction furnace, and a gas injection path for supplying a plasma reaction gas supplied from the outside, and a gas exhaust path communicating with the light induction furnace to exhaust the gas present in the plasma induction furnace to the outside.
  • the body may further include a side cap covering the opening side of each of the light induction paths and having a hole through which light may pass.
  • the side cap is characterized in that it comprises a metal material including metal, SUS, aluminum, copper or a glass material such as quartz, fused silica.
  • the body is characterized in that the cross-sectional area is configured to have a size of 20 ⁇ 20mm or less.
  • the plasma induction furnace is characterized in that the width is configured to have a size of 0.9 ⁇ 1.1mm.
  • the width B of the light guide path is characterized in that it is larger than the width A of the plasma guide path.
  • the hole (E) is characterized in that it is formed smaller than the width (B) of the light guide.
  • the gas exhaust passage may include at least two or more gas exhaust passages.
  • the body is characterized in that composed of any one of quartz, fused silica.
  • the present invention constructed and operated as described above has the advantage that the structure is very simple under the conditions for generating EUV light, so that the manufacturing is easy and cost reduction can be realized.
  • the present invention has the advantage of providing a gas cell that is optimally designed for plasma induction through the source light and the reaction gas to generate extreme ultraviolet (EUV) light through plasma induction.
  • EUV extreme ultraviolet
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an extreme ultraviolet ray generating apparatus using a plasma according to the prior art
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an extreme ultraviolet ray generating apparatus using a plasma according to the present invention
  • Figure 3 is a detailed view of the extreme ultraviolet light generating apparatus using the plasma according to the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a plasma induced gas cell for generating extreme ultraviolet light according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a plasma induction gas cell according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view of a plasma induction gas cell according to the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a plasma induction gas cell according to the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the light transmission of the plasma induction gas cell according to the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a plasma induced gas cell in another embodiment according to the present invention.
  • FIG. 10 is a top view showing a state in which a plasma induction gas cell is fixed through a bracket according to the present invention
  • FIG. 11 is a perspective view of a plasma induction gas cell fixing bracket according to the present invention.
  • the extreme ultraviolet generator using the plasma includes a laser source 100 for outputting a laser, a TLM (Tunable Laser Mirror; 220) for reflecting a laser beam output from the laser source, and a laser beam reflected from the TLM.
  • Focusing Mirror FM for focusing the laser, and receiving a reaction gas from a gas supply path to a plasma induction furnace corresponding to a section in which the laser focused in the FM is focused. It is characterized in that it comprises a gas cell 240 for generating extreme ultraviolet rays to form a and the vacuum chamber (200, 210) for receiving the TLM, FM, gas cells in a vacuum state.
  • the extreme ultraviolet generator according to the present invention is to provide an extreme ultraviolet generator that can satisfy the efficiency of the extreme ultraviolet light while simplifying the structure of the optical system for transmitting the light output from the laser source in the apparatus for generating EUV light Make a point.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for generating extreme ultraviolet rays using plasma according to the present invention.
  • the extreme ultraviolet generator using the plasma according to the present invention includes a laser source 100 for outputting a laser beam, a TLM (Tunable Laser Mirror) 220 for reflecting the laser beam, and a FM (Focusing Mirror) for focusing the reflected laser beam; 230, a gas cell 240 generating extreme ultraviolet light through a plasma reaction, and a vacuum chamber accommodating the TLM, FM, and gas cells.
  • a laser source 100 for outputting a laser beam
  • a TLM (Tunable Laser Mirror) 220 for reflecting the laser beam
  • a FM (Focusing Mirror) for focusing the reflected laser beam
  • 230 a gas cell 240 generating extreme ultraviolet light through a plasma reaction
  • a vacuum chamber accommodating the TLM, FM, and gas cells.
  • the laser source 100 is a source source for outputting a laser having an arbitrary wavelength.
  • the laser source 100 generates extreme ultraviolet rays having a wavelength of 20 nm or less through plasma induction of the laser output from the laser source.
  • a femto sencond class laser source using a titanium sapphire amplified laser system in detail as a specification the characteristics of the pulse width of the IR femtosecond pulse laser (30s ⁇ 50fs, IR wave) It is desirable to have a condition of 800 nm to 1600 nm.
  • the TLM is a mirror that reflects a laser beam output from a laser source located outside the vacuum chamber.
  • the TLM reflects a laser beam disposed on an incident path output from the laser source to a focusing mirror 230 to be described later.
  • the turnable laser mirror (it is ambiguous whether it is correct to denote TLM 1 or 2) is reflected so that the angle reflected by the focusing mirror has an angle of incidence of approximately 2 °, that is, the incident angle incident from the focusing mirror is approximately 2 degrees. Reflect to have °.
  • the FM 230 focuses and reflects the incident light for extreme ultraviolet light generation.
  • the laser beam output from the laser source is reflected by the TLM mirror and reflected by the focusing mirror, and the focusing mirror FM focuses the incident laser beam into a gas cell that generates EUV light through plasma induction.
  • the gas cell is made of a transparent material, preferably made of quartz, a through path through which a laser can pass is formed, and in the center thereof, a plasma induction furnace 330 which is a focal region where a laser output from a laser source is focused. ), An exhaust path 320 is formed at both sides of the plasma induction furnace, and a gas supply path 310 for supplying gas to the plasma induction furnace is connected to the plasma induction furnace.
  • the gas cell 240 is formed of a transparent material, and a light induction path is formed at both sides, and a plasma induction path is formed at the center to connect the light induction paths.
  • the light reflected by the focusing mirror is focused to be focused on the center portion of the plasma induction furnace and reacts with the reaction gas supplied to the plasma induction furnace to generate EUV light. That is, the plasma induction furnace corresponding to the central portion is focused by focusing the laser output from the laser source, and the external gas supply unit 290 supplies Ne gas through the plasma induction furnace and through the gas supply passage.
  • exhaust paths are provided on both sides of the plasma induction furnace to exhaust the supplied gas to the outside and maintain the degree of vacuum in the plasma induction furnace.
  • the gas supplied through the gas supply path is diffused outside the region where the laser focus is focused, smooth plasma induction may not be possible due to the scattering of gas particles.
  • this exhaust gas may also be an obstacle to EUV light generation. Maintain gas evacuation and vacuum through the furnace.
  • the exhaust passage exhausts through an external drain pump 291 (a device for evacuating gas).
  • a vacuum chamber is configured to receive a component for generating extreme ultraviolet light in a vacuum state.
  • the vacuum chamber is divided into a first vacuum chamber 200 region and a second vacuum chamber 210 region.
  • the first vacuum chamber part 200 is an area in which extreme ultraviolet rays are generated
  • the second vacuum chamber part 210 corresponds to an area for stably supplying extreme ultraviolet rays generated in the first vacuum chamber part.
  • the plasma is induced by the laser beam and the gas supplied from the outside to generate the extreme ultraviolet rays, the extreme ultraviolet rays are generated through the gas cell to be described later.
  • a gas such as Ne, Xe, He, etc. is supplied into the gas cell from the outside, it is difficult to maintain a constant vacuum degree, and thus, in the chamber where the gas cell is located, EUV light efficiency generated in the gas cell may be reduced. Therefore, the gas cell is located in the first vacuum chamber portion which maintains a constant vacuum degree, and EUV light generated in the gas cell is transferred directly to the second vacuum chamber portion having a lower vacuum degree to prevent the efficiency from falling.
  • the first vacuum chamber part and the second vacuum chamber part are configured with a first vacuum pump 300 and a second vacuum pump 310 to maintain different vacuum degrees, respectively, and to form a lower vacuum degree in the second vacuum chamber.
  • a plurality of vacuum pumps suitable for this can be installed.
  • it consists of Medium Vacuum class vacuum pumps such as Cryo pump, Diffusion Pump, Turbo Pump and Ion pump.
  • Vacuum chambers each portion is preferably first the 10 -3 torr or less, a second vacuum chamber maintained in a vacuum chamber to a vacuum degree of less than 10 -6 torr.
  • the first vacuum chamber is configured to generate extreme ultraviolet light
  • the second vacuum chamber is configured to prevent deterioration of efficiency so that the final light is supplied to the application.
  • the divided vacuum chamber is divided by forming a partition in one chamber, the partition is provided with an optical lens that can transmit the extreme ultraviolet rays generated in the gas cell.
  • the extreme ultraviolet generator according to the present invention includes a first aperture 250 additionally applied for beam alignment, and a second aperture 260 passing only light having a central wavelength to prevent damage to an optical component. It further includes.
  • the first aperture is used to align the laser beam.
  • the first aperture is installed to guide the direction of the beam and is removed from the generator when the alignment is completed.
  • the second aperture 260 When the second aperture 260 generates plasma in a vacuum state and an EUV beam is generated, when a plasma is generated, a beam of relatively high energy in various wavelength bands is simultaneously generated in addition to the EUV beam so as not to release the second aperture. It can cause damage to several rear-side optical components, allowing only the beam of the center wavelength to pass through the center of the aperture and blocking other beams.
  • a beam splitter 270 is installed on the optical path reflected from the TLM for wave front detection of the light output through the laser source and reflects a predetermined amount of incident light.
  • the image sensor 280 is installed in the configuration to detect the wavefront of the incident light.
  • FIG. 3 is a detailed view of an apparatus for generating extreme ultraviolet rays using plasma according to the present invention.
  • a gas supply path is formed to communicate with the outside to supply gas to the plasma induction path, and a gas exhaust path communicating with the light induction path is provided at both sides of the gas supply path. Formed. Therefore, the gas supply path is connected to the external gas supply unit 290 to supply the reaction gas required for the plasma reaction, and the gas exhaust path is connected to the external drain pump 291 to exhaust the gas after the reaction to the outside. .
  • the present invention proposes a gas cell as a module for optimizing the output light and the plasma reaction induction for extreme ultraviolet light generation.
  • the plasma induction gas cell has a length-shaped body 1000 having a predetermined length, light induction paths 1100 respectively formed at both sides along a length direction of the body, and a plasma induction path positioned between the light induction paths. 1200, a gas injection path 1300 provided to communicate with the plasma induction furnace and supplying a plasma reaction gas supplied from the outside, and in communication with the light induction furnace, the gas present in the plasma induction furnace to the outside It is characterized by including a gas exhaust path 1400 for exhausting.
  • the gas cell for generating the extreme ultraviolet light is a component having a predetermined size body, and is composed of a chamber, a light source, a plurality of optical systems, and a gas cell constituting the extreme ultraviolet light generating device. It is configured to provide a gas cell for generating extreme ultraviolet light through a gas reaction.
  • FIG. 5 is a perspective view of a plasma induction gas cell according to the present invention.
  • the gas cell has a body 1000 of a predetermined size having a length shape, and light guide paths 1100 through which light can penetrate along the longitudinal direction of the body are located at both sides with respect to the center of the body, respectively.
  • a plasma induction furnace 1200 is provided between the light induction furnaces to generate extreme ultraviolet rays through a plasma reaction. That is, holes through which the light penetrates in the order of light induction path, plasma induction path, and light induction path are formed to penetrate the body, and extreme ultraviolet light is generated in the plasma induction path.
  • the body is preferably made of quartz or fused silica, but is not necessarily limited thereto, and may be used as a glass material.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view of a plasma induction gas cell according to the present invention.
  • the plasma induction furnace 1200 has a gas injection path 1300 communicating with the induction path so as to receive the gas supplied from the outside, and each of the light induction paths 1100 configured at both sides is provided with gas.
  • Gas exhaust passages 1400 for exhausting to the outside are respectively formed. That is, the laser beam passing through the gas cell reacts with the gas supplied from the plasma induction furnace to generate the extreme ultraviolet light of 20 nm or less.
  • the source laser beam supplied from the outside to generate the extreme ultraviolet light is an IR laser of 800 nm class, and the source laser may be an IR laser of 800 nm or more.
  • an IR laser is used, but a pulse width laser of Femto second is used. That is, an IR femtosecond laser should be used, and a pulse width of 50 femto second laser is preferable.
  • reaction gas for the plasma reaction injected into the gas injection passage is configured to be exhausted in connection with an external exhaust device through the gas exhaust passage. Therefore, the gas exhaust passage is designed to be as close as possible to the gas plasma induction passage so that the gas after the reaction can be discharged quickly.
  • the cross-sectional area of the body does not exceed 20 ⁇ 20 mm. This is to determine the size of the cross-sectional area in order to fabricate so as not to interfere with the reflection angle of the optical path in the extreme ultraviolet light generator.
  • the plasma induction furnace 1200 has a smaller width B than the light induction furnace.
  • the plasma induction furnace is preferably provided with 1 mm or less to increase the gas density for smooth reaction conditions.
  • the length of the plasma induction path is preferably configured to be smaller than the width of the gas injection path (C), the width (A) of the plasma induction path should be formed smaller than the width (C) of the gas injection path.
  • the gas cell further includes a side cap 150 to cover the light guide path opened to the body side.
  • the side cap is for covering the light guide path as a whole, the center is provided with a hole 1600 through which incident light can pass, and the hole 1600 is preferably formed smaller than the width of the light guide path. .
  • the side cap is manufactured separately to be fixed to the side of the gas cell, by lowering the pressure in the light guide path through the side cap, to achieve a more smooth exhaust.
  • FIG 8 is a view showing the light transmission of the plasma induction gas cell according to the present invention.
  • the laser light b is incident from the outside through the one side of the light guide path
  • the light incident from the plasma guide path is focused and the reaction gas supplied to the plasma guide path.
  • the extreme ultraviolet light is generated and emitted through the plasma reaction.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a plasma induction gas cell in another embodiment according to the present invention.
  • the exhaust efficiency can be improved by designing the both-side exhaust structure in the one-side exhaust structure composed of only the lower side mentioned above. It can be improved.
  • the exhaust passage may be one-sided or both-sided, and the gas exhaust passage may be formed as close as possible to the plasma induction passage so as to quickly exhaust the gas remaining in the plasma induction passage.
  • FIG. 10 is a top view showing a state in which a plasma induction gas cell is fixed through a bracket
  • FIG. 11 is a perspective view of a plasma induction gas cell fixing bracket according to the present invention.
  • the gas cell according to the present invention is installed in a vacuum chamber constituting the extreme ultraviolet light generating apparatus, and is installed through a separate fixing bracket 2000 in order to install the gas cell in the vacuum chamber, wherein the fixing bracket vacuums the gas cell.
  • the observation window 2100 is provided at a position corresponding to the plasma induction furnace so that the manager can observe the plasma induction furnace while being fixed in the chamber.
  • a viewer window is provided at a position corresponding to the fixing bracket on the vacuum chamber, so that the focused light and the plasma generation form can be observed when the laser beam is aligned in the plasma induction furnace.
  • the fixing bracket may be designed in various forms. First, an open part through which light may be incident in the light guide path should be provided, and if the structure is open to a position corresponding to the plasma guide path, the viewer window is opened to the outside. It may be in any form, and in one embodiment, the fixing bracket 2000 is composed of an upper / lower bracket, and a space part for fixing the gas cell is provided therein, and the fixing bracket 2000 may be proposed as a structure for fixing the gas cell.
  • the present invention configured as described above has an advantage in that the optical system is very simplified in the process of generating extreme ultraviolet rays from a laser beam output from an externally located laser source, so that light alignment is easy and cost reduction can be realized.

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치에 관한 것으로, 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror), 상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀 및 상기 TLM, FM, 가스셀을 진공상태로 수용하는 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 구조를 매우 간단하면서 효율적인 극자외선 빔을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치
본 발명은 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 구조를 최대한 간소화시키면서 극자외선 빔을 발생시킬 수 있는 극자외선 발생장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 집적도가 증가함에 따라, 회로 패턴이 미세화되어 종래 사용되어 오던 가시광선이나 자외선을 사용한 노광 장치에서는 그 해상도가 부족해지고 있다. 반도체 제조공정에서 노광 장치의 해상도는 전사 광학계의 개구수(NA)에 비례하고, 노광에 사용하는 광의 파장에 반비례한다. 그 때문에 해상도를 높이는 한 시도로서, 가시광선이나 자외선광 대신 파장이 짧은 EUV(Extreme Ultraviolet) 광원을 노광 전사에 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 이러한 노광 전사 장치에 사용되는 EUV 광 발생 장치로서 적용 되고 있는 것이 레이저 플라즈마 EUV 광원과 방전 플라즈마 EUV 광원이 있다.
EUV 노광 장치에서 사용되는 파장은 20nm 이하이고, 대표적으로 13.5nm를 적용하고 있는 광원으로서, 레이저 플라즈마 광원의 반응 물질로서 Ne 가스 이용한 Ne 플라즈마를 이용하는 것이 널리 연구 개발되고 있으며, 그 이유는 비교적 높은 변환 효율(입력 에너지에 대하여 얻어지는 EUV 광 강도의 비율)을 가지는 것이다. Ne은 상온에서 기체인 재료이기 때문에 비산 입자(debris)의 문제가 발생하는 어려운 점에 있다. 그러나 고출력의 EUV 광원을 얻기 위해서는 타겟으로서 Ne 가스를 사용하는 것은 한계가 있고, 다른 물질을 이용하는 것도 요망되고 있다.
광 파장이 200㎚ ~ 10㎚에 이르는 진공 자외선 영역에서 장파장 측의 반에 해당하는 200㎚ ~ 100㎚ 영역을 VUV 광, 단파장 측의 반에 해당하는 100㎚ ~ 10㎚ 영역을 EUV 광이라고 일반적으로 구분한다. 플라즈마로부터 발생하는 중심파장이 100nm 이하 정도인 EUV 광은 그 자체가 대기 또는 집광거울(일반적인 반사 코팅을 적용한) 등 광학계에서는 반사되지 못하고 흡수되기 때문에 EUV 광 변환 효율을 높이기에는 아직까지 산업계에서 어려움이 따른다.
EUV 레이저와 같은 단파장 영역에서는 레이저 발진법이나 측정법, 사용 광학 재료 등에 많은 미해결 문제가 따르며, 응용 분야의 개발도 앞으로의 과제이다. 이에 EUV 광이 대기 중이나 광학계 등에서 소멸되는 문제점을 해결하기 위해서는 일정 압력 이하의 진공환경(< 10-3 torr)이 필요하며 특수 물질로 코팅된 집광 미러 및 렌즈 등을 이용해야 한다.
따라서, 이러한 조건을 적용하여 보다 효율적으로 레이저 플라즈마를 이용한 EUV 광 발생장치의 개발이 필요한 실정이다.
이에 따라 본 출원인은 대한민국 특허출원 제 10-2011-0017579호, 발명의 명칭 : 플라즈마를 이용한 안정화된 극자외선 발생장치를 도 1을 통해 살펴보면, 레이저를 출력하는 레이저 소스(10), 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 가스를 공급받아 레이저와 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀(20), 상기 가스셀을 수용하는 것으로, 일정 진공도를 유지하는 제 1진공챔버부(30), 상기 가스셀에서 발생된 극자외선을 입사받아 상기 극자외선을 외부로 출사시키기 위한 공간으로써 일정 진공도를 유지하는 제 2진공챔버부(40), 상기 가스셀의 가스 공급로로 상기 레이저와 플라즈마를 유도하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부 및 상기 제 1진공챔버부와 제 2진공챔버부의 진공도를 각각 형성하기 위한 제 1진공펌프와 제 2진공펌프 및 상기 레이스 소스에서 출력되는 광을 전달하는 복수개의 광학계(71 ~ 75)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성으로 극자외선 발생장치는 본 출원인이 출원한 발명으로써 플라즈마 반응을 통해 안정화된 극자외선을 발생시킬 수 있는 매우 우수한 기술에 해당한다.
하지만, 구조가 매우 복잡함에 따라 설계가 어렵고, 그에 따른 레이저 정렬이나 기구 배치 과정이 복잡하다. 또한, 복잡한 구조에 따라 많은 부품을 요구하기 때문에 생산 비용이 높은 단점이 있어 산업 응용에 어필하기에 불리한 단점을 가지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 구조를 최대한 간소화시키면서 안정화된 극자외선 빔을 생성하며, 더불어 효율 저하를 최소화 할 수 있고, 플라즈마로부터 발생되는 EUV 광원을 효과적으로 포집할 수 있는 플라즈마를 이용한 안정화된 극자외선 발생장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반응 가스를 이용하여 플라즈마 유도를 통해 최적의 극자외선(EUV) 광을 생성할 수 있는 플라즈마 유도 반응 가스셀(gas cell)을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저를 출력하는 레이저 소스, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror), 상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀 및 상기 TLM, FM, 가스셀을 진공상태로 수용하는 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 FM에서 포커싱되는 레이저 빔의 정렬을 위해 구비되는 제 1어퍼쳐와, 상기 가스셀에서 발생한 극자외선 빔에서 중심파장만 투과시키기 위한 제 2어퍼쳐를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공챔버는, 제 1진공챔버부와 제 2진공챔버부로 분할 구성되고, 상기 제 2진공챔버부가 제 1진공챔버부보다 고진공도를 유지하며, 상기 제 1진공챔버부는, TLM, FM, 가스셀, 제 1어퍼쳐를 수용하고, 상기 제 2 진공챔버부는 상기 제 2어퍼쳐를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 TLM에서 반사되는 광의 일부 반사시키는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터를 통해 반사되는 빔의 웨이브프론터(wavefront)를 검출하는 이미지 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 소스는, IR wave length 800nm ~ 1600nm, pulse width 30fs ~ 50fs를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1어퍼쳐는, 상기 FM에서 출력되는 빔을 정렬 시킨 후 제거 가능한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 길이를 갖는 길이 형상의 몸체, 상기 몸체의 길이방향을 따라 양측에 각각 형성되는 광 유도로, 상기 광 유도로 사이를 위치하는 플라즈마 유도로, 상기 플라즈마 유도로와 연통하도록 구비되며, 외부에서 공급되는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 주입로 및 상기 광 유도로와 연통되며, 상기 플라즈마 유도로에 존재하는 가스를 외부로 배기시키는 가스 배기로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체는, 각각의 상기 광 유도로 개방측을 커버링 하며, 광이 통과할 수 있는 홀이 형성된 측면 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측면 캡은, metal, SUS, aluminum, copper를 포함하는 금속재 또는 quartz, fused silica와 같은 Glass 재질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체는, 단면적이 20 × 20mm 이하의 크기를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 유도로는, 폭이 0.9 ~ 1.1mm 크기를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 유도로의 폭(B)은 플라즈마 유도로의 폭(A)보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀(E)은, 상기 광 유도의 폭(B) 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 배기로는, 적어도 2개 이상 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체는, quartz, fused silica 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 EUV 광을 발생시키기 위한 조건에서 구조가 매우 간소하여 제조가 용이하고 원가 절감을 실현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 광학계 구조의 간소화를 통해 빔 정렬이 매우 용이한 효과가 있으며, 더불어, 진공도가 다른 챔버부를 각각 구성함에 따라 가스셀에서 발생된 극자외선의 안정적으로 출력시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 유도를 통해 극자외선(EUV) 광을 생성하기 위해 소스 광과 반응 가스를 통한 플라즈마 유도에 최적으로 설계된 가스셀을 제공하는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 상세도.
도 4는 본 발명에 따른 극자외선 광 생성을 위한 플라즈마 유도 가스셀의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 투과 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 절개 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 광 투과를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예로 플라즈마 유도 가스셀을 도시한 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀이 브라켓을 통해 고정된 상태를 나타낸 상면도,
도 11은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀 고정 브라켓의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치는, 레이저를 출력하는 레이저 소스(100), 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror ; 220), 상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror ; 230), 상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀(240) 및 상기 TLM, FM, 가스셀을 진공상태로 수용하는 진공챔버(200, 210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 극자외선 발생장치는, EUV 광을 발생하는 장치에서 레이저 소스에서 출력되는 광을 전달하는 광학계 구조를 간소화하면서도 극자외선 광의 효율을 만족할 수 있는 극자외선 발생장치를 제공하고자 하는 것이 주요 기술적 요지로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치는, 레이저 빔을 출력하는 레이저 소스(100), 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror ; 220), 반사된 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror ; 230), 플라즈마 반응을 통해 극자외선 광을 생성하는 가스셀(240) 및 상기 TLM, FM, 가스셀을 수용하는 진공챔버로 구성된다.
레이저 소스(100)는 임의의 파장을 가지는 레이저를 출력하는 소스원으로써, 상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 플라즈마 유도를 통해 20nm 이하의 파장을 가지는 극자외선을 생성하게 된다. 본 발명에서는 일예로 펨토초(femto sencond)급 레이저 소스를 사용하여 세부 사양으로는 매질로 티타늄 사파이어 증폭 레이저 시스템으로써, 그 특성은 IR 펨토초 pulse 레이저의 펄스폭(pulse width)은 30fs ~ 50fs, IR wave 800nm ~ 1600nm 조건을 갖는 것이 바람직하다.
TLM은 진공챔버 외측에 위치한 레이저 소스로부터 출력되는 레이저 빔을 반사하여주는 미러로써, 레이저 소스에서 출력되는 입사 경로에 배치되어 입사받은 레이저 빔을 후술할 포커싱 미러(230)로 반사시킨다. 이때, 턴에이블 레이저 미러(TLM 1 또는 2라고 표기하는게 정확한 것은 아닌지 약가 애매 합니다.)는 포커싱 미러로 반사되는 각이 대략 2°의 입사각을 갖도록 반사되는데 즉, 포커싱 미러에서 입사되는 입사각이 대략 2°를 가지도록 반사시킨다.
FM(230)은 극자외선 광 발생을 위해 입사 받은 광을 포커싱하여 반사한다. 레이저 소스에서 출력된 레이저 빔은 TLM 미러를 통해 반사되어 포커싱 미러로 반사시키며, 상기 포커싱 미러(FM)는 입사된 레이저 빔을 포커싱하여 플라즈마 유도를 통해 EUV 광을 생성하는 가스셀로 포커싱한다.
상기 가스셀은 투명재료로 구비되며, 바람직하게는 석영으로 이루어지는 것으로 레이저가 통과할 수 있는 관통로가 형성되며, 그 중앙으로는 레이저 소스에서 출력되는 레이저가 집광되는 초점 영역인 플라즈마 유도로(330)가 구비되고, 상기 플라즈마 유도로 양측으로는 배기로(320)가 형성되며, 상기 플라즈마 유도로에 가스 공급을 위한 가스 공급로(310)가 플라즈마 유도로와 연결되어 있다.
가스셀(240)은 투명 재질로 형성되며, 양쪽으로 광유도로가 형성되고, 광 유도로를 연결하기 위해 중앙에 플라즈마 유도로가 형성된다. 상기 포커싱 미러에서 반사되는 광은 상기 플라즈마 유도로의 센터 부분에 집광되도록 포커싱 되며 플라즈마 유도로에 공급되는 반응가스와 반응하여 EUV 광을 생성한다. 즉, 중앙 부분에 해당하는 플라즈마 유도로에는 레이저 소스에서 출력되는 레이저의 초점이 맞아 집광되며, 외부 가스 공급부(290)에서 플라즈마 유도로와 관통하는 가스공급로를 통해 Ne 가스를 공급한다. 또한, 플라즈마 유도로 양측으로는 공급된 가스를 외부로 배기시킴과 동시에 플라즈마 유도로 내의 진공도를 유지시키기 위한 배기로가 각각 형성되어 있다. 가스 공급로를 통해 공급된 가스가 레이저 초점이 집광되는 영역 외에 확산되면 가스 입자의 비산으로 인해 원활한 플라즈마 유도가 불가능하다. 또한, 플라즈마 유도로 내에는 일정한 진공도가 유지되어 하지만, 진공 시스템의 다양한 문제점(진공챔버 실링, 불순물 등)으로 인해 일정 진공도를 유지 못할 경우 이 또한 EUV 광 생성에 방해 요소가 될 수 있기 때문에 상기 배기로를 통해 가스 배기 및 진공도를 유지시킨다. 상기 배기로는 외부 드레인(drain) 펌프(291 ; 가스를 배기시키기 위한 장치)를 통해 배기한다.
한편, 극자외선 광을 발생시키기 위한 구성요소를 진공상태에서 수용하는 진공챔버가 구성된다. 상기 진공챔버는 제 1진공챔버(200) 영역과 제 2진공챔버(210) 영역으로 분할 구성된다.
제 1진공챔버부(200)는 극자외선이 생성되는 영역이며, 제 2진공챔버부(210)는 상기 제 1진공챔버부에서 생성된 극자외선을 안정적으로 공급하기 위한 영역에 해당한다. 본 발명에서는 레이저빔과 외부에서 공급되는 가스에 의해 플라즈마를 유도하여 극자외선을 생성하게 되는데, 후술할 가스셀을 통해 극자외선이 생성된다. 이때, 가스셀 내부로 외부에서 Ne, Xe, He 등과 같은 가스가 공급되기 때문에 일정한 진공도를 유지하기 어렵고, 이에 따라 가스셀이 위치한 챔버에서는 가스셀에서 생성된 EUV 광효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 가스셀은 일정 진공도를 유지하는 제 1진공챔버부에 위치시키고, 가스셀에서 생성된 EUV 광은 바로 진공도가 더 낮은 제 2진공챔버부로 전달하여 효율이 떨어지는 것을 방지한다.
상기 제 1진공챔버부와 제 2진공챔버부는 서로 다른 진공도를 유지하기 위해 각각 제 1진공펌프(300)와 제 2진공펌프(310)가 구성되고, 제 2진공챔버에는 보다 낮은 진공도 형성을 위하여 그에 적합한 복수개의 진공펌프를 설치할 수 있다. 예를 들면, Cryo pump, Diffusion Pump, Turbo Pump, Ion pump등의 Medium Vacuum 급 진공펌프로 구성한다. 각 챔버부의 진공도는 제 1진공챔버부에서 10-3torr 이하, 제 2진공챔버부에서는 10-6torr 이하의 진공도를 유지하는 것이 바람직하다.
따라서, 제 1진공챔버에서는 극자외선 광을 발생시키고, 제 2진공챔버에서는 효율 저하를 방지하여 최종 광이 어플리케이션에 공급되도록 구성한다. 이때, 분할 구성되는 진공챔버는 하나의 챔버에서 격벽을 형성하여 분할 구성하며, 격벽으로는 가스셀에서 생성된 극자외선이 투과할 수 있는 광학 렌즈가 설치되어 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 극자외선 발생장치에는 빔 정렬을 위해 부가적으로 적용되는 제 1어퍼쳐(250)와, 광학 부품의 손상을 방지하기 위해 중심파장의 광만 통과시키는 제 2어처펴(260)를 더 포함한다.
상기 제 1어퍼쳐는 레이저 빔 정렬에 사용되는 것으로, 최초 레이저를 발생시킬 때 제 1어처펴를 설치하여 빔의 방향을 가이드시키고 정렬이 완료되면 발생장치에서 제거한다.
제 2어퍼쳐(260)는 진공 상태에서 플라즈마 발생하고 EUV beam이 발생하면, 플라즈마 발생 시에 여러 가지 영역의 파장대의 상대적으로 높은 에너지의 빔이 EUV 빔 외에도 동시에 발생하여 제 2아퍼쳐를 놓지 않으면 뒤쪽으로 구성된 여러 광학 부품들에게 손상을 일으킬 수 있어, 중심 파장의 빔 만이 아퍼쳐의 중심을 지나 가도록 하고 그 외의 빔은 차단한다.
한편, 레이저 소스를 통해 출력되는 광의 웨이브 프론트 검출을 위하여 TLM에서 반사되는 광경로에서 설치되어 입사 광을 소정량 반사시키는 빔 스플리터(270)를 더 포함하여 상기 빔스플리터에서 반사된 광은 진공챔버 외부에 설치되는 이미지 센서(280)에서 입사광의 파면을 검출하도록 구성한다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치의 상세도이다. 플라즈마 유도를 통해 극자외선 광이 생성되는 가스셀에는 플라즈마 유도로로 가스를 공급하기 위해 외부에 연통되는 가스 공급로가 형성되고, 가스 공급로 양측으로는 광 유도로와 연통되는 가스 배기로가 각각 형성되어 있다. 따라서, 가스 공급로는 외부 가스 공급부(290)에 연결되어 플라즈마 반응에 요구되는 반응 가스를 공급하며, 가스 배기로는 외부 드레인 펌프(291)와 연결되어 반응 후의 가스를 외부로 배기시키도록 구성한다.
한편, 본 발명에서는 극자외선 광 발생을 위하여 출력광과 플라즈마 반응 유도를 최적화시키기 위한 모듈로, 가스셀을 제안한다.
상기 플라즈마 유도 가스셀은, 소정의 길이를 갖는 길이 형상의 몸체(1000), 상기 몸체의 길이방향을 따라 양측에 각각 형성되는 광 유도로(1100), 상기 광 유도로 사이를 위치하는 플라즈마 유도로(1200), 상기 플라즈마 유도로와 연통하도록 구비되며, 외부에서 공급되는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 주입로(1300) 및 상기 광 유도로와 연통되며, 상기 플라즈마 유도로에 존재하는 가스를 외부로 배기시키는 가스 배기로(1400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 극자외선 광 생성을 위한 플라즈마 유도 가스셀의 사시도이다. 도시된 바와 같이 극자외선 광 생성을 위한 가스셀은 소정 크기 몸체를 갖는 구성품으로서, 극자외선 광 발생장치를 구성하는 챔버, 광원, 다수의 광학계 그리고 가스셀로 구성되는데, 상기 극자외선 광 발생장치에 구성되어 가스 반응을 통해 극자외선 광을 발생시키는 가스셀을 제공한다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 투과 사시도이다.
가스셀(Gas cell)은 길이형상을 갖는 소정크기의 몸체(1000)를 가지며, 상기 몸체의 길이방향을 따라 광이 관통할 수 있는 광 유도로(1100)가 몸체 중심을 기준으로 양측으로 각각 위치하고, 상기 광 유도로 사이에는 플라즈마 반응을 통해 극자외선을 생성하는 플라즈마 유도로(1200)가 마련되어 있다. 즉, 몸체를 관통하도록 광 유도로, 플라즈마 유도로, 광유도로 순으로 광이 관통할 수 있는 홀이 형성되며, 상기 플라즈마 유도로에서 극자외선 광이 생성된다.
상기 몸체는 바람직하게 quartz 또는 fused silica로 제작하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 유리재질이라는 모두 사용 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 절개 사시도이다. 도 6에서 보면, 플라즈마 유도로(1200)는 외부로부터 공급되는 가스를 공급받기 위해 유도로와 연통하는 가스 주입로(1300)가 형성되고, 양측에 구성되는 광 유도로(1100) 각각에는 가스를 외부로 배기시키기 위한 가스 배기로(1400)가 각각 형성된다. 즉, 가스셀을 지나가는 레이저 빔이 상기 플라즈마 유도로에서 공급된 가스와 반응하여 20nm급 이하의 극자외선 광이 생성된다.
상기 극자외선 광을 생성시키기 위해 외부에서 공급되는 소스 레이저 빔은 800nm급의 IR 레이저이며, 소스 레이저는 800nm 이상의 IR 레이저를 사용 하여도 되며, 이때, IR 레이저를 사용하되 Femto second의 pulse 폭의 레이저, 즉 IR 펨토 세컨드 레이저를 사용하여야 하며 펄스폭은 그 중에서도 50fs ~ 30fs 의 펨토 세컨드 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 주입로로 주입되는 플라즈마 반응을 위한 반응가스는 상기 가스 배기로를 통해 외부 배기장치와 연결되어 배기되도록 구성된다. 따라서, 상기 가스 배기로는 가스 플라즈마 유도로와 최대한 가깝게 설계되어 반응 후의 가스를 신속하게 배출할 수 있도록 구성한다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 단면도이다. 본 발명에 따른 가스셀 구조를 좀 더 상세하게 설명하면, 우선 몸체의 단면적은 20× 20mm를 넘지 않도록 한다. 이는 극자외선 광 발생장치에서 광경로의 반사각에 대해 간섭되지 않도록 제작하기 하기 위해 사이즈를 단면적 크기를 결정하는 것이다.
또한, 플라즈마 유도로(1200)는 광 유도로 보다 그 폭(B)이 작게 형성된다. 플라즈마 유도로에는 주입된 가스와 레이저 빔이 서로 반응하기 때문에 원활한 반응 조건을 위해서 가스 밀도를 높여주기 위하여 바람직하게 1mm 이하로 구비된다.
또한, 상기 플라즈마 유도로의 길이는 가스 주입로(C)의 폭보다 작게 구성하는 것이 바람직하며, 플라즈마 유도로의 폭(A)은 가스 주입로의 폭(C)보다 작게 형성되어야 한다.
한편, 몸체 측면으로 개방된 광 유도로를 커버하기 위하여 가스셀은 측면캡(150)을 더 포함한다. 상기 측면캡은 광 유도로를 전반적으로 커버링하기 위한 것이며, 중앙으로는 입사광이 관통할 수 있는 홀(1600)이 구비되고, 상기 홀(1600)은 광 유도로의 폭보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 측면캡은 별도로 제작되어 가스셀 측면에 접착 고정되는 것으로, 측면캡을 통해 광 유도로 내의 압력을 낮춰줌으로써, 보다 원활한 배기가 이루어지기 위함이다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀의 광 투과를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 가스셀(Gas cell)은 일측 광 유도로를 통해 외부에서 레이저 광(b)이 입사하면 플라즈마 유도로에서 입사된 광이 포커싱(focusing)되고, 플라즈마 유도로에 공급되는 반응가스와 반응하여 플라즈마 반응을 통해 극자외선 광이 생성되어 출사된다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예로 플라즈마 유도 가스셀을 도시한 단면도이다. 가스 주입로(1300)를 통해 주입되는 반응 가스를 가스 배기로를 통해 배기시킬 때 보다 효율적인 배기를 위하여 앞서 언급한 하부쪽으로만 구성되는 한쪽형 배기 구조에서 양쪽형 배기 구조를 설계함으로써 보다 배기 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. 여기서 상기 배기로는 한쪽형이던 양쪽형이던지, 가스 주입로에서 주입되어 플라즈마 유도로에 잔존하는 가스를 신속하게 배기시킬 수 있도록 가스 배기로는 플라즈마 유도로와 최대한 가깝게 형성되는 것이 좋다.
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀이 브라켓을 통해 고정된 상태를 나타낸 상면도, 도 11은 본 발명에 따른 플라즈마 유도 가스셀 고정 브라켓의 사시도이다. 본 발명에 따른 가스셀은 극자외선 광 발생장치를 구성하는 진공챔버 내에 설치되며, 가스셀을 진공챔버 내에 설치하기 위해서는 별도의 고정 브라켓(2000)을 통해 설치하는데, 상기 고정 브라켓은 가스셀을 진공챔버 내에 고정시킴과 동시에 플라즈마 유도로를 관리자가 관찰할 수 있도록 플라즈마 유도로와 대응하는 위치에 관찰창(2100)이 마련되어 있다. 이와 더불어 도면에 표시하지는 않았지만, 진공챔버 상에도 상기 고정 브라켓과 대응하는 위치에 뷰어창이 마련되어 있어, 플라즈마 유도로 내 레이저 빔 정렬 시 포커싱되는 광과 플라즈마 발생 형태를 관찰할 수 있다.
상기 고정 브라켓은 다양한 형태로 설계될 수 있는데, 우선 광 유도로 내에 광이 입사할 수 있는 개방부가 마련되어야 하며, 플라즈마 유도로와 대응하는 위치에 개방되어 외부와 개방된 뷰어창을 마련하는 구조이면 어떠한 형태로도 가능하며, 일실시예로 고정 브라켓(2000)은 상/하 브라켓으로 구성되고 그 내측에 가스셀을 고정시킬 수 있는 공간부가 마련되어 가스셀을 고정시키는 구조로 제안할 수 있는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 외부에 위치하는 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔으로 극자외선을 생성하는 과정에서 광학계를 구조를 매우 간소화시켜 광 정렬이 용이하고 원가 절감을 실현할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 레이저를 출력하는 레이저 소스;
    상기 레이저 소스에서 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 TLM(Tunable Laser Mirror);
    상기 TLM에서 반사되는 레이저 빔을 포커싱하는 FM(Focusing Mirror);
    상기 FM에서 포커싱되는 레이저를 입사받아 초점이 맺혀지는 구간에 해당하는 플라즈마 유도로에 대해 가스 공급로로부터 반응 가스를 공급받아 레이저 빔과 반응 가스에 의해 플라즈마를 형성하여 극자외선을 발생시키는 가스셀; 및
    상기 TLM, FM, 가스셀을 진공상태로 수용하는 진공챔버;를 포함하여 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 FM에서 포커싱되는 레이저 빔의 정렬을 위해 구비되는 제 1어퍼쳐와, 상기 가스셀에서 발생한 극자외선 빔에서 중심파장만 투과시키기 위한 제 2어퍼쳐를 포함하여 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 진공챔버는,
    제 1진공챔버부와 제 2진공챔버부로 분할 구성되고, 상기 제 2진공챔버부가 제 1진공챔버부보다 고진공도를 유지하며, 상기 제 1진공챔버부는, TLM, FM, 가스셀, 제 1어퍼쳐를 수용하고,
    상기 제 2진공챔버부는 상기 제 2어퍼쳐를 수용하도록 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 TLM에서 반사되는 광의 일부 반사시키는 빔스플리터;와,
    상기 빔스플리터를 통해 반사되는 빔의 웨이브 프론터(wave front)를 검출하는 이미지 센서;를 포함하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 소스는,
    IR wave length 800nm ~ 1600nm, pulse width 30fs ~ 50fs를 갖는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 제 1어퍼쳐는,
    상기 FM에서 출력되는 빔을 정렬 시킨 후 제거 가능한 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  7. 소정의 길이를 갖는 길이 형상의 몸체;
    상기 몸체의 길이방향을 따라 양측에 각각 형성되는 광 유도로;
    상기 광 유도로 사이를 위치하는 플라즈마 유도로;
    상기 플라즈마 유도로와 연통하도록 구비되며, 외부에서 공급되는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 주입로; 및
    상기 광 유도로와 연통되며, 상기 플라즈마 유도로에 존재하는 가스를 외부로 배기시키는 가스 배기로;를 포함하여 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 몸체는,
    각각의 상기 광 유도로 개방측을 커버링 하며, 광이 통과할 수 있는 홀이 형성된 측면 캡;을 더 포함하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 측면 캡은,
    metal, SUS, aluminum, copper를 포함하는 금속재 또는 quartz, fused silica를 포함하는 유리 재질로 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 몸체는,
    단면적이 20 × 20mm 이하의 크기를 갖도록 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 유도로는,
    폭이 0.9 ~ 1.1mm 크기를 갖도록 구성되는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 광 유도로의 폭은 플라즈마 유도로의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 홀은,
    상기 광 유도로 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 가스 배기로는,
    적어도 3개 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 극자외선 발생장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 몸체는,
    quartz, fused silica 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 광 생성을 위한 플라즈마 유도 가스셀.
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