KR101706908B1 - 특히 가스 방전 광원들을 위한 전극 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 EUV 방사 및/또는 소프트 X-레이들을 발생하기 위한 가스 방전 디바이스의 전극 시스템에 관한 것이다. 전극 시스템은 주성분으로서 Mo, 또는 W, 또는 Mo 또는 W의 합금을 포함하는 전극 물질로 형성되는 적어도 2개의 전극(1, 2)을 포함한다. 전극 물질은 평균 사이즈가 <500nm인 미립자들을 갖는 미립자 구조를 갖는다. 제안된 전극 시스템에 의하면, 전극들의 높은 열기계 및 열화학 저항이 실현된다. 따라서 전극 시스템은 액체 Sn을 이용하고 고온에서 동작되는 알려진 EUV 광원들에서 이용될 수 있다.

Description

특히 가스 방전 광원들을 위한 전극 시스템{ELECTRODE SYSTEM, IN PARTICULAR FOR GAS DISCHARGE LIGHT SOURCES}

본 발명은 주성분으로서 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 또는 몰리브덴 또는 텅스텐의 합금을 포함하는 전극 물질로 형성되는 적어도 2개의 전극을 포함하는 전극 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 가스 방전 전극 시스템, 예를 들어, EUV 및/또는 소프트 X-레이 방사 발생 전극 시스템에 관한 것이다.

즉, 1-20nm의 파장 영역에서 초자외선(extreme ultraviolet; EUV) 및/또는 소프트 X-레이 방사를 방출하는 광원들은 예를 들어, EUV 리소그래피 또는 계측학 분야에서 요구된다. 이들 디바이스들은 단연코 반도체 산업의 새로 나올 리소그래피 툴들에 대한 고전력 광원인 가장 유망한 후보들이다. 크게 이온화된 플라즈마(a highly ionized plasma)를 이용하여 13.5nm의 파장에서 EUV 광을 효율적으로 생성하는 법이 이 기술분야에 알려져 있다. EUV 방출 타겟 물질로부터의 이러한 플라즈마의 여기(excitation)는 고전력 레이저 빔(레이저 생성 플라즈마(laser produced plasma), LPP)에 의해 또는 전극들 사이의 전기적 가스 방전(방전 생성 플라즈마(discharge produced plasma), DPP)에 의해 발생될 수 있다.

가스 방전 광원의 예는 도 1과 관련하여 개략적으로 제공되고 설명된다. 현재의 최첨단 DPP 기반 시스템들에서 2개의 회전하는 원형 전극들과 결합하여 액체 금속 기반 방전 물질에의 가스 공급으로부터의 변화는 더 높은 변환 효율성 및 따라서 타겟 응용에 요구되는 EUV 광자들의 높은 양을 실현하기 위해서 이용된다. 펄스화 레이저는 전극들 사이의 액체 표면으로부터, 액체 금속, 특히 주석(Sn)의 적어도 부분적으로 일부를 증발시키는 것에 의해 방전을 트리거한다(예를 들어, 도 2 참고). 캐패시터 뱅크(capacitor bank)는 주석 증기를 통해 방전됨으로써, 높은 전류 핀치 방전(high current pinch discharge)을 생성한다. 이 타입의 일부 결정적인 특징들, 예를 들어, 금속 용해 공급 시스템(metal melt supply system), 전극들 상의 액체 금속의 층 두께의 제어, 예를 들어, 어떤 10 mJ 펄스 에너지의 레이저 빔에 의해 용해된 금속을 적어도 부분적으로 증발시키기 위한 필요성이 존재한다. 예를 들어, 용해된 금속의 적용 또는 전극 배열에 대한 많은 구성이 존재하지만, 방전 매체로서 액체 Sn의 이용은 일반적으로 수락된다. DPP와 LPP 둘다에서, 보통 액체 타겟 물질의 흐름은 플라즈마에 EUV 방출 종들(species)을 제공하도록 요구된다.

고전력 레벨들에 도달하기 위한 스케일러빌리티(scalability)는 기본적으로 매우 최근에 보여졌지만, 높은 볼륨 제조를 위한 잠재적인 쇼스토퍼들(showstoppers) 중 하나는 여전히 포인트형 광원(point-like light source)에 의해 2π sr로 방출되는 >1000W에 대응하는 중간 포커스(intermediate focus)에서 >200W를 전달하는 고전력 소스의 중요한 요건이다. 매우 가까운 장래에, EUV 소스는 약 10kHz 펄스 주파수에서 연속적으로 가동(run)되는 것으로 기대되고, 10¹¹ 샷(shot) 정도의 최소 수명이 입증되어야 한다. 고 방사 전력을 실현하기 위해서, 매우 높은 평균 전기 전력이 소스에 공급되어야 하고, 이것은 전극 시스템의 높은 전극 사용(high electrode wear) 및 따라서 짧은 수명으로 이어질 수 있다. Xe DPP의 경우, 전극 시스템의 수명은 부식에 의해 제한되고 부식율은 텅스텐 전극들에 대해 11J/shot에서 대략 0.2㎍/shot이고, 이것은 현저하게 적은 EUV 출력을 야기한다.

수명의 감소를 제외하고, 다른 단점은 플라즈마가 전극 기하학적 구조의 변화 때문에 공간적으로 더 크게 될 것이고, 이로써 생성된 광의 더 작은 단편만이 이용될 수 있고 따라서 광학 성능이 약해지는 결과로 이어진다는 사실로 인한 것이다. 위의 기재로부터, EUV 발생 디바이스의 전용 컴포넌트들은 예를 들어 200℃보다 큰 높은(elevated) 온도에서 비교적 가혹한(harsh) 물리적 및 화학적 상태들에 더 많이 또는 더 적게 영구적으로 노출된다는 것을 이해할 수 있다. 펄스 에너지의 상당 부분은 방사의 및 핫(hot) 입자들(이온들, 전자들)의 방출에 의해 전극들의 열적 부하로 이어지는 핀치 플라즈마(pinch plasma)에 집중된다. 또한, 펄스화된 플라즈마 광원은 단지 광자들을 방출할 뿐만 아니라, 소스 자체의 특성에 따라 예를 들어, Sn, Li, Sb, Xe,...와 같은, 원하지 않은 물질, 소위 파편(debris)을 생성한다. 초 UV 또는 소프트 X-레이 방사를 갖는 시스템들에서, 고 전력 광원에 가까운 거울들 또는 필터들과 같은 광학적 컴포넌트들이 이용되고 있다. 불순한 파편은 이들 광학적 컴포넌트들에 응결할 수 있고, 그의 성능이 그에 따라 악화하고 결국 효력이 없게 될 수 있다. 상황을 더욱 복잡하게 하기 위해서, 주석은 고품질의 순수 주석 플라즈마를 확보하기 위해서 오염(이질적인 요소들)이 없을 필요가 있다는 전제조건이 또한 존재한다. 순수 Sn은 예를 들어, 앞의 납땜 시스템들에서 이용되는 희석액보다 훨씬 더 공격적(aggressive)인 것이 잘 알려져 있다.

전극 물질의 제거로 인한 전극 시스템 및 그의 잠재적인 문제들의 경우에, 몇가지 주요 근본 원인이 존재할 수 있다. 메인 드라이버들은 그것들의 공간적 및 시간적 상태들과 함께 높은 열부하 및 높은 전류 밀도일 수 있다(열기계 효과). 둘다 플라즈마의 펄스화된 동작 및 전극들과 플라즈마 사이의 작은 거리와 관련된다. 높은 열속(heat fluxes) 및 높은 전류 밀도로 인해, 전극 부식이 불가피하다. 금속 용해와 함께, 부식은 액체 금속의 비균질적이고 두껍고 불안정한 층 및 따라서 방전의 고장으로 이어질 것이다. 액체 금속의 최소 두께는 전극 표면의 형태학(morphology)에 대한 레이저 포커스 스포트(laser focus spot) 및 캐소드 스포트(cathode spots)의 영향(예를 들어, 분화구 형성)을 피하기 위해서 약 5㎛라고 한다. 용해된 금속의 너무 두꺼운 층(약 40㎛를 넘음)은 또한 핀치 플라즈마에서 파편 물질의 양을 제어하는 데 불리하다. 또한, 부식 메커니즘들은 (예를 들어, 유용성 가스들을 갖는 W의) 표면 층에 전개된(developed) 큰 거품들의 체적 끓음 및 폭발(volumetric boiling and explosion)과, 심지어 플라즈마로부터 활동적인 입자들에 의해 야기된 표면파 여기로 인해 표면에 녹은 전극 물질의 스프래싱(splashing)을 포함할 수 있다고 명시된다.

또한, 전극 물질의 제거를 위한 다른 원인은 높은 온도들에서 액체 Sn으로 인한 화학적 부식에서 발견될 수 있다(열화학 효과). 이것은 열 동적 구동 프로세스(thermo-dynamically driven process)이기 때문에, 그것은 증가된 온도 레벨에서 더 표명된다(pronounced). 이것은 부식에 의해 전극 시스템에 해로울 뿐만 아니라, EUV 성능, 즉, EUV 광의 출력을 줄일 수 있는데, 그 이유는 EUV 파장 범위에서 효율적으로 방출하지 않는 원하지 않은 요소들 또는 반응 생성물들(reaction products)이 방전 영역의 부분이 될 수 있기 때문이다. 특히 순수 Sn의 경우에 액체는 스테인리스 스틸 및 회주철(gray cast iron)과 같은 일반적인 물질들에 매우 공격적임을 나타내었다.

WO　2005/025280 A2는 EUV 및/또는 소프트 X-레이 방사를 방출하는 가스 방전 광원을 개시한다. 이 광원의 전극들은 Mo로 커버된 Cu, W 또는 Cu로 만들어진 것으로 개시된다. 이 물질들은 매우 열 전도성이다. 또한, 전극들과 액체 금속 사이에 높은 전기 전도성이 또한 요구된다. 타겟 물질로서 (고체) Sn의 경우에, 전기적 저항 및 열 전도율의 값들은 각각 11μΩ㎝ 및 67W/(mK)이고, 이 둘은 일반적인 전극 물질들의 값들보다 나쁘다. 따라서, Sn 층이 더 얇게 만들어질수록 더 많은 열이 소산될 수 있고, 더 많은 전기 전력이 결합(couple in)될 수 있다. 일반적으로, W 및 Mo는 과도한 환경들에서 이용하기 위한 유망한 용해하기 힘든 전이 금속들(refractory transition metals)인 것으로 기대된다. 그러나, 그것들은 몇몇 체제에서 심각한 부서짐성(serious embrittlement), 예를 들어, W 및 Mo의 구조적 적용을 필연적으로 제한하는, 재결정 부서짐성(recrystallization embrittlement)을 겪는 것으로 알려져 있다. 입자 경계들의 약함은 그것들의 고유 특징으로부터 생기고, 재결정 및 부서짐성은 높은 온도들에서 추가의 잠재적인 고장 모드들이다.

고체 전극들, 즉, Xe DPP의 경우, 방법은 제조된 홈들 내로 부식된 전극 물질의 증가된 재침착을 허용하도록 전극의 표면을 취급함으로써 전극 부식을 감소시키는 것이 알려져 있다. 대안적으로, 취성 파괴(brittle destruction)로 인한 부식을 줄이기 위해 다공성 물질에 의한 코팅들이 또한 제안된다. 다른 알려진 기법에서, 전용 스퍼터 퇴적이 물질에 의해 전극들을 재생시키고 손실을 고려하는 것으로 언급된다.

본 발명의 목적은 가스 방전 디바이스에서, 특히 EUV 및/또는 소프트 X-레이 방사를 발생하기 위한 가스 방전 광원에서 이용하기 위한 전극 시스템을 제공하기 위한 것이고, 전극 시스템은 이러한 가스 방전 디바이스 또는 광원에서 감소된 전극 부식을 야기하는 높은 열기계 및 열화학 저항을 갖는다.

목적은 청구항 1에 따른 전극 시스템에 의해 실현된다. 제안된 전극 시스템의 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 요지이거나, 후속하는 설명 부분들에 개시된다. 청구항 7은 또한 가스 방전 광원의 다른 컴포넌트들에 대한 전극들의 제안된 물질의 이용과 관련된다. 청구항 8은 제안된 전극 시스템을 포함하는 가스 방전 광원과 관련된다.

제안된 전극 시스템은 주성분으로서 Mo 또는 W, 또는 Mo 또는 W의 합금을 포함하는 전극 물질로 형성되는 적어도 2개의 전극을 포함한다. 주성분은 이 요소 또는 합금이 전극 물질이 형성되는 모든 물질 중 가장 높은 단편(중량으로)을 표현한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 이 요소 또는 합금은 전체 전극 중량의 ≥95wt.%의 단편을 표현한다. 제안된 전극 시스템에서, 전극 물질은 평균 사이즈가 ≤500nm, 바람직하게는 50-300nm 사이인 미립자들을 갖는 미립자 구조를 갖는다. 전극 벌크 물질(electrode bulk material)의 입자 사이즈는 입자 사이즈가 미시적으로 식별될 수 있는 전극의 단면(cut)에서 결정될 수 있다. 전극 벌크 물질은 항상 입자 사이즈들의 분포(distribution of grain sizes)를 포함하고, 이 분포의 모든 입자 사이즈의 평균값은 ≤500nm이다. 전극 물질의 이러한 특성을 실현하기 위해서, 전극들을 제조하는 공정은 특히 공정 전체에 걸쳐서 이들 작은 입자 사이즈를 유지하도록 선택되고 제어되어야 한다.

제안된 전극 물질에 의하면, 열기계 및 열화학 저항이, 특히 약 1200K의 고온에 대하여 그리고 액체 Sn의 영향에 대하여 실현된다. 이것은 전극 시스템이 전극 시스템의 펄스화 전류에 의해 플라즈마가 생성되는, 타겟 방사를 전달하는 핫 플라즈마(hot plasma)에 의해 EUV 및/또는 소프트 X-레이 방사를 발생하는 가스 방전 광원들에서 이용될 수 있게 한다. 제안된 전극 물질의 감소된 부식으로 인해, 전극 열화가 최소화되고, 그의 수명 내의 이러한 광원의 성능 감소가 회피되고 수명이 연장된다.

제안된 전극들은 액체 Sn과 같은 액체 금속들에 대하여 고열 충격 저항, 고열 확산성, 높은 재결정화 온도 및 높은 부식 저항을 제공한다. 물질은 또한 회전하는 전극들의 표면 상의 액체 금속의 양호한 습윤(wetting) 및 접착을 실현하기 위하여, 즉, 이 전극 시스템이 이용될 수 있는 가스 방전 광원의 특수한 실시예의 경우에 액체 금속에 대한 얇은 비임계적 반응 존(thin, uncritical reaction zone)을 허용한다. 이러한 의미에서 비임계적은 진행중인 추가의 반응이 없는 적절한 습윤 및 따라서 억제된 부식을 주로 허용하기 위해서 빨리 포화되고 완료되는 반응을 의미한다. 그에 부가하여 그리고 기본적으로, 제안된 전극 물질은 <100μΩ㎝의 전기 저항 및 >20W/(mK)의 열 전도율을 드러낸다.

근사치의 하나의 형태에서, 열 충격 저항 R_s은 열기계 특성들과 관련될 수 있어,

이고, λ는 열 전도율이고, σ는 인장 강도(tensile strength)이고, E는 영 탄성 계수(Young's modulus of elasticity)이고, α는 선형 확장의 계수(coefficient of linear expansion)이다. 열 충격 거동(thermal shock behaviour)은 (위의 수학식에 의해 표현된 바와 같이) 균열 개시(crack initiation) 및 균열 전파(crack propagation)와 관련된다는 것을 주목하는 것은 중요하다. 제1 스테이지에서, R_s가 큰 경우, 결함들이 개시되는 작은 기회만이 존재한다. 제2 스테이지에서, 즉, 균열들이 존재하는 경우, 열 충격에 의한 균열 전파의 손상 저항 또는 정도는,

이고, K_1c는 파괴 인성(fracture toughness)(서브스크립트: 모드 1=균열 개구 및 공통 계통)이다. 따라서, K_1c는 기존의 균열로부터 시작하는 파괴로 인한 고장에 대한 물질의 저항을 설명한다.

다른 중요한 파라미터는

에 의한 열 전도율과 관련되는 열 확산성이고, ρ는 질량 밀도(mass density)이다. 높은 열 확산성을 갖는 물질들은 그것들의 주변들의 것에 대한 그것들의 초기 온도 변화도들(initial temperature gradients)을 신속하게 감소시키는데, 그 이유는 그것들은 그것들의 체적 열 용량 또는 '열 벌크(thermal bulk)' c_p에 비해 빠른 가열을 수행하기 때문이다.

제안된 물질은 파괴 인성 및 인장 강도와 같은 향상된 높은 온도 기계적 특성들을 갖는다. 유리한 실시예에서, 이 전극 물질은 더 최적화된 특성들을 실현하기 위해 작은 도핑 양으로 합성된다. 도핑은 분산된 나노 사이즈 입자들로, 바람직하게는 5wt.%의 양까지 행해진다. 이러한 분산 입자들의 예들은 La₂O₃, HfO₂, C, Y₂O₃, CeO₂, TiO₂, 및 특히 TiC, ZrC 및 TaC와 같은 탄화물이다. 이러한 부가적인 물질에 의해, 입자 경계들은 분산된 입자들이 이들 입자 경계들에서 두드러지게 분리하기 때문에, 입간 파괴 및 그에 따른 부서짐성을 억제하기 위해 강화된다. 작은 양의 나노 사이즈 분산질, 예를 들어, 1.5wt.% TiC을 갖는, 나노구조 또는 초미세 입자들, 예를 들어, 50-300nm Mo을 갖는 이러한 전극 물질이 또한 열적으로 매우 안정적이다.

추가 실시예에서, 전극들은 부가적으로 적어도 가장 높은 열기계 및/또는 열화학 전하 아래 놓이는 영역들에서 세라믹 물질로 코팅된다. 이러한 물질들은 전기적 및 열적 요건들을 실현하기 위해서뿐만 아니라, 그의 공유 결합성(covalent nature of bonding)으로 인한 액체 금속에 의한 부식 공격에 의해 영향을 받지 않도록 그 자체를 드러냈다. 적절한 특성을 갖는 바람직한 물질들은 그룹 IV B, V B 및 VI B의 용해하기 힘든 전이 금속들의 붕화물, 탄화물, 질화물 및 규화물의 세라믹을 포함한다. 전이 금속 붕화물, 질화물, 탄화물 및 규화물은 공유 결합, 이온 및 금속 결합의 특성을 나타낸다. 그것들은 높은 열적 및 전기적 전도율을 갖고 공유 결합성은 뛰어난 기계적 화학적 특성이 생기게 한다. 이들 물질들은 보호용 및 장식적 코팅 둘다로서의 광범위한 용도를 허용한다. 화합물들의 대부분은 서로에 완전히 녹고 따라서 추가의 확장된 특성 맞춤을 허용한다. 예를 들어, 각각의 충격 동안 성장하는 내부 결함들로 인한 반복된 열적 충격들에 의해 생기는 WC에서의 열적 피로 효과들(thermal fatigue effects)이 예를 들어, Co 도핑된 시멘트 접착 텅스텐 탄화물(Co doped cemented tungsten carbide)에 의해 감소될 수 있다. 물질들은 PVD 또는 CVD와 같은 종래의 막 퇴적 기법들에 의해서뿐만 아니라, 예를 들어, 열화학 확산 또는 침윤(infiltration)에 의해 성장될 수 있다. 코팅 물질은 아래에 놓이는 전극 물질과 유사한 열 팽창 계수를 갖도록 선택되어야 한다. 코팅의 두께는 1-50㎛의 범위에 있다.

제안된 전극 물질은 또한 가스 방전 시스템의 다른 컴포넌트들, 특히 EUV 및/또는 소프트 X-레이 방사를 발생하는 가스 방전 광원에서 이용될 수 있다. 특히 EUV 광원의 소스-콜렉터 모듈의, 이러한 컴포넌트들에 대한 예들은 높은 열적 및/또는 전기적 입력을 갖는 컴포넌트들이다. 이들 컴포넌트들은 보통 소위 웨지(wedge)와 같은 전극들에 가까이 배치되지만, 또한 시스템의 커버링 파트들 및 파편 경감 시스템(debris mitigation system)의 디바이스들을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어, 시스템으로부터 열 싱크들로 효율적으로 가열이 수행되어야 하는 모든 중대한 위치들과 관련될 수 있다. 예는 EUV 소스, 또는 포일 트랩(foil trap)의 회전축의 내부 및 외부 표면에 직접 가장 가까이 배치되는 EUV 방전 광원의 포일 트랩의 전면 열 쉴드(front heat shield)이다. 그러나, 또한 가스 방전 시스템의 전용 디바이스들, 즉, 원하지 않는 가스 흐름들을 피하기 위해 중간 포커스 진단 또는 커버 플레이트들로서의 열 센서는 이 아이디어에 의해 영향을 받는다. 이 리스팅은 완전하지 않고 다른 컴포넌트들도 포함할 수 있다는 것이 자명하다.

유리한 실시예에서, 제안된 전극 시스템은 가스 방전 디바이스의 부분, 특히 EUV 방사 및/또는 소프트 X-레이를 발생하는 가스 방전 광원이다. 이러한 가스 방전 광원은 전극 시스템이 배열되는 가스 방전 챔버 및 전극 시스템의 전극들에 펄스화 전류를 인가하기 위한 전원을 포함한다. EUV 및/또는 소프트 X-레이 광원의 경우에, 바람직하게는 전극들은 회전가능하게 실장되고 구동 유닛에 의해 광원의 동작 중에 회전하도록 구동되고, 전극들의 표면에 액체 금속을 공급하기 위한 공급 디바이스가 제공된다. 이러한 EUV 및/또는 소프트 X-레이 가스 방전 광원은 또한 전극들의 표면 상의 액체 금속을 증발시키기 위한 레이저 광원을 포함한다. 제안된 전극 시스템이 이용될 수 있는 이러한 가스 방전 광원의 예가 설명의 도입부에 언급된 WO　2005/025280 A2에 개시되어 있다.

제안된 전극 시스템 및 대응하는 가스 방전 광원은 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 보호의 범위를 제한하지 않고 첨부 도면들과 결합하여 예시적으로 다음에서 설명된다.
도 1은 제안된 전극 시스템을 갖는 가스 방전 광원의 제1 예이다.
도 2는 제안된 전극 시스템을 갖는 가스 방전 광원의 제2 예이다.
도 3은 전극의 최상부 상의 코팅의 개략적인 도면이다.

도 1은 제안된 전극 시스템이 배열될 수 있는 가스 방전 광원의 예를 도시한다. 가스 방전 광원은 방전 챔버(도면에 도시되지 않음)에 배열되는 2개의 전극(애노드 1, 캐소드 2)을 포함한다. 2개의 전극(1, 2)은 갭을 형성하기 위해 아이솔레이터(3)에 의해 분리된다. 가스 방전 광원의 펄스화 동작을 위해 요구되는 전기적 에너지는 에너지가 먼저 저장되고 나서 전극들(1, 2)을 통해 방전되는 캐패시터 뱅크(4)에 의해 공급된다. 가스 방전 챔버는 통상적으로 1-100Pa의 범위의 압력에서 방전 물질로 채워진다. 통상적으로 수십 kA 내지 많아야 100 kA의 펄스화 전류 및 통상적으로 수십 ns 내지 수백 ns의 펄스 지속기간(pulse duration)의 적용으로 인한 자기 압축(magnetic compression)에 의해서, 전극들(1, 2) 사이에 형성된 핀치 플라즈마(5)는 수십 eV의 온도까지 가열된다. 원하는 방사(6)를 방출하는 핀치 플라즈마(5)의 고온으로 인해, 핀치 플라즈마(5) 근처의 전극들(1, 2)의 표면은 매우 높은 온도들 및 높은 에너지 이온들에 노출된다. 결과로 생기는 전극들의 부식은 본 발명에 제안된 바와 같이 이들 전극들을 위한 전극 물질을 이용함으로써 감소될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전극 시스템이 이용될 수 있는 가스 방전 광원의 추가 예를 도시한다. 이 가스 방전 광원은 EUV 방사 및/또는 소프트 X-레이들을 발생하도록 설계된다. 이 예의 2개의 전극(1, 2)은 그것들의 표면 상에 액체 Sn 막(7)이 공급되고 회전할 수 있게 실장된다. 방사를 발생하기 위해 필요한 물질의 가스 공급 대신에, 이 가스 방전 광원에서 액체 금속 기반 방전 물질이 2개의 회전하는 원형 전극(1, 2)과 결합하여 이용된다. 이것에 의해 결과적으로 변환 효율성이 더 높아지고, 따라서 타겟 응용을 위해 요구되는 EUV 광자들의 양이 더 높아진다. 펄스화된 레이저(8)는 전극들(1, 2) 중 하나의 액체 표면으로부터 Sn의 일부를 적어도 부분적으로 증발시킴으로써 방전을 트리거한다. 캐패시터 뱅크(4)는 주석 증기(tin vapor)를 통해 방전됨으로써, 높은 전류 핀치 방전(5)을 생성한다. 액체 Sn 막(7)은 특수한 공급 시스템을 통해, 본 예에서 액체 Sn을 포함하는 용기(9)에 회전하는 전극들(1, 2)을 담그는 것에 의해 공급된다. 전극 표면 상의 액체 금속의 층 두께는 부가적으로 적절한 스트립퍼(이 도면에 도시되지 않음)로 제어된다. 이 예에서, 액체 Sn의 공급은 용기들(9)을 통해 이루어지지만, 액체 금속은 전극 표면에 대한 다른 측정들(measures)에 의해 공급될 수 있다는 것이 자명하다.

전극 표면 상의 액체 Sn에 대한 높은 열화학 저항을 실현하기 위해서 그리고 전극들의 높은 열기계 저항을 실현하기 위해서, 2개의 전극은 본 발명에서 제안된 물질로 만들어진다. 이것에 의해 결과적으로 가스 방전 광원의 수명이 현저하게 더 높아진다.

본 발명의 전극 시스템의 전극들의 표면은 또한 예를 들어 세라믹 코팅으로 부가적으로 코팅될 수 있다. 도 3은 예를 들어 도 2의 가스 방전 광원에 이용될 수 있는 전극(1)의 이러한 코팅(10)을 개략적으로 예시한다. 코팅은 가장 높은 온도 및 액체 Sn에 노출되는 표면 부분들에서만 공급된다.

작은 입자 사이즈들을 갖는 전극 물질의 특성들을 실현하기 위해서, 이러한 전극을 제조하는 공정이 적절하게 선택되고 제어되어야 한다. 통상의 기술자는 이를 위해 공정을 제어할 수 있다. 다음에서, 전극 물질의 작은 입자를 실현하기 위한 예시적인 실시예가 설명된다. 이 경우의 전극을 위한 미가공(raw) 물질은 평균 입자 사이즈가 ≤500nm인 파우더로서 제공된다. 본 발명에 따른 나노 구조의 용해하기 힘든 합금들을 얻기 위해서, 전극들은 예를 들어, 파우더 야금 공정(powder metallurgical processing)에 의해 이 미가공 물질로 형성된다. 먼저, 순수 물질들 또는 고용체 합금들(solid solution alloys)의 개시 파우더(starting powder)는 기계적 밀링(milling)에 의해 취급된다. 치밀화(densification)를 증가시키기 위해서, 파우더는 후속하여 나노 사이즈 물질들의 입자 성장이 강하게 나타나는 비교적 낮은 온도에서 소결된다(sintered). 또한, 예를 들어, 핫 아이소스태틱 프레싱(hot isostatic pressing)이 처음 정도의 입자 사이즈를 본질적으로 유지하도록 효과적으로 적용될 수 있다.

본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 한정하는 것이 아니라, 실례가 되거나 모범적인 것으로 고려되고, 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않는다. 전술한 및 청구항들의 상이한 실시예들은 또한 결합될 수 있다. 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들은 도면들, 개시 및 첨부된 청구항들의 학습으로부터, 청구된 발명을 실행함에 있어서 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되고 실시될 수 있다.

청구항들에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정 관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 치수들(measures)이 서로 상이한 종속 청구항들에 기재된다는 단순한 사실이 이들 치수들의 결합이 유익하게 하는 데 이용될 수 없음을 표시하지 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 이 청구항들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

1: 전극(애노드)
2: 전극(캐소드)
3: 아이솔레이터
4: 캐패시터 뱅크
5: 핀치 플라즈마
6: 방사
7: Sn 막
8: 레이저
9: 액체 Sn을 갖는 용기
10: 코팅
11: 레이저 빔

Claims (11)

1. 전극 물질로 형성된 적어도 2개의 전극(1, 2)을 포함하는 EUV 가스 방전 광원의 전극 시스템으로서,
   상기 전극 물질은 주성분으로서 Mo 또는 W, 또는 Mo 또는 W의 합금을 포함하고,
   상기 전극 물질은 평균 사이즈가 ≤500nm인 미립자들을 갖는 미립자 구조(fine grained structure)를 갖는 전극 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극 물질은 분산된 나노 사이즈 입자들(dispersed nano-sized particles)로 도핑되는 전극 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극 물질은 La₂O₃, HfO₂, C, Y₂O₃, CeO₂, TiO₂ 및 금속 탄화물들의 그룹의 분산된 나노 사이즈 입자들로 도핑되는 전극 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 전극 물질은 5 wt. %의 양까지 분산된 나노 사이즈 입자들을 포함하는 전극 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 전극들은 적어도 가장 높은 열기계(thermo-mechanical) 및/또는 열화학(thermo-chemical) 전하 아래에 있는 영역들에서 세라믹 물질로 코팅되는 전극 시스템.
6. 제1항에 있어서, 전기 에너지를 공급하기 위해 상기 2개의 전극 사이에 연결된 캐패시터 뱅크를 더 포함하는 전극 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 2개의 전극은 회전가능하게 실장되고, 상기 2개의 전극 각각은 액체 Sn 막으로 코팅된 표면을 갖는 전극 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나의 전극의 표면으로부터 상기 액체 Sn을 적어도 부분적으로 증발시키기 위한 펄스화 레이저를 더 포함하는 전극 시스템.
9. 제5항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 그룹 IV B, V B 및 VI B의 용해하기 힘든 전이 금속들(refractory transition metals)의 붕화물들, 탄화물들, 질화물들 및 규화물들 중 하나로 형성되는 전극 시스템.
10. 제1항에 따른 전극 시스템이 배열되는 가스 방전 챔버, 및 상기 전극 시스템의 전극들(1, 2)에 전기적으로 접속되는 전원을 포함하는 EUV 가스 방전 디바이스.
11. 제10항에 있어서,
    상기 전극들(1, 2)의 표면에 액체 금속을 공급하도록 구성되는 공급 디바이스(9); 및
    레이저 빔(11)으로 상기 전극들(1, 2)의 상기 표면으로부터 상기 액체 금속의 부분을 증발시키도록 배열되는 레이저(8)
    를 더 포함하고,
    상기 전극들(1, 2)은 회전할 수 있게 실장되는 EUV 가스 방전 디바이스.

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