1. 인젝션 락 기술

출력 파워에 대한 요구
레이저의 출력 파워에 대한 요구는 레지스트 감도, 노광장치의 광학계 투과율 및 노광장치의 스테이지 속도에 의해 결정됩니다. KrF 노광에서는 레지스터 감도가 최대 50mJ/cm2, 광학계 투과율이 15% 정도, 스테이지 속도가 최대 500mm/s로, 이에 따른 KrF 레이저의 출력 파워에 대한 요구는 40W입니다. 이 수준의 출력 파워는 레이저 주파수의 증가를 통해 충분히 커버할 수 있는 범위입니다.
한편, ArF 노광은 레지스트 감도는 KrF보다도 높고, 스테이지 속도는 같은 정도입니다. 가장 다른 점은 광학계 투과율로, KrF의 절반에서 1/3 정도로 낮습니다. ArF 레이저가 KrF 레이저에 비해 약 2배의 높은 출력 파워가 요구되는 이유 중 하나입니다. ArF 레이저 자체도 해결해야 할 과제를 안고 있습니다. 그것은 낮은 발진 효율로, 같은 전기 입력을 KrF와 ArF의 두 레이저로 했을 경우, 레이저 광학 부품의 나쁜 투과율도 한몫하여, ArF 레이저의 발진 효율은 KrF 레이저의 절반 정도입니다. 이렇게 보면 ArF 레이저는 KrF 레이저에 비해 약 4배의 기술적인 장애물이 존재하여, 기존 주파수를 올리기만 하는 고출력화로는 대응할 수 없어 별도의 혁신을 꾀하는 기술이 필요합니다.

기가 트윈 플랫폼
당사에서는 ArF 레이저의 고출력 파워에 대한 요구에 부응하기 위해, 인젝션 락 방식을 채용한 기가 트윈 플랫폼을 혁신을 꾀하는 기술로서 개발했습니다. 이 방식은 레이저 장치 안에 2대의 체임버(트윈 체임버)를 배치하고 각 체임버에 광공진기를 탑재하여, 하나의 체임버에서는 저출력의 좁은 스펙트럼의 빛을 발생시키고, 다른 하나의 체임버에서 그 레이저광을 증폭하는 것입니다. 당사의 인젝션 락 기술 개발은 1990년대까지 거슬러 올라가며, 1993년~1994년에는 통산성 대형 프로젝트에서 200Hz, 300W의 ArF 레이저 기술을 개발했습니다. 또한 2000년부터 2002년에 걸쳐 ASET의 F2 리소그래피 프로젝트에서 5kHz, 30W의 F2 레이저 기술 개발을 실시한 바 있습니다.

인젝션 락 시스템과 MOPA 시스템

그림1 인젝션 락 시스템과 MOPA 시스템

인젝션 락 방식과 MOPA 방식
그림1에 대표적인 트윈 체임버 방식의 레이저 시스템을 표시합니다. 두 방식 모두 2개의 체임버를 사용하는 방식입니다만, 결정적으로 다른 점은 인젝션 락 방식에서는 앰프용 체임버에도 광공진기가 탑재되어 있다는 점입니다. 따라서 앰프용 체임버 자체도 발진기로서의 기능이 있습니다.
인젝션 락 방식의 동작은 먼저 협대역화용 체임버가 방전을 개시하여, 협대역화 모듈과 미러 간에 빛을 공진시키면 스펙트럼 폭이 좁은 빛이 형성됩니다(Master Oscillator). 그런 후에 광반송계를 통해 앰프용 체임버로 빛이 전달되고, 타이밍에 맞춰 방전을 개시합니다. 앰프용 체임버 내에서는 방전이 계속되는 한, 광공진기를 통해 여러 번 빛이 증폭되고, 출력경에서 최종 레이저광이 방출됩니다(Power Oscillator). 앰프 측에 광공진기를 배치하면 증폭 효과가 매우 높아, 협대역화용 체임버의 출력이 작더라도 충분히 큰 출력을 얻을 수 있습니다. 또한 앰프 측 체임버 내에서 빛이 존재하는 시간이 길기 때문에, 앰프 측 체임버의 방전 개시 타이밍을 비교적 잡기 쉽다는 등의 장점이 있습니다.
MOPA 방식의 동작은 협대역화용 체임버(Master Oscillator)는 인젝션 락과 같습니다만, 앰프용 체임버(Power Amplifier)에서는 빛을 증폭하는 횟수가 2회로 제한됩니다. 따라서 협대역화 체임버의 출력은 인젝션 락 방식의 몇 배가 필요합니다. 또한 앰프용 체임버 내에서 빛이 존재하는 시간이 짧기 때문에, 방전 개시 시간에 의존하여 최종 레이저광의 성능이 변동되기 쉽습니다.