10. EUV 개발 역사 (10) - LPP 광원의 서막

 

Laser-produced plasma light sources are especially powerful, precise, and controllable. Courtesy of Adlyte Inc.

 

EUV 광원 개발을 위해 싱크로트론 방사의 대안으로 고려된 것은 바로 LPP, 레이저 생성 플라즈마입니다. LPP는 고강도 레이저 빔이 플라즈마를 생성하기 위해 주로 금속인 대상 물질에 초점을 맞추는 일종의 플라즈마 소스입니다. 플라즈마 내의 높은 온도와 압력은 EUV 빛을 포함한 빛의 방출로 이어집니다. EUV 광원 생산에 LPP를 사용하면 몇 가지 이점이 있습니다. 가장 큰 장점은 소형의 상대적으로 저렴한 장비를 사용하여 LPP를 생성할 수 있어 이 기술을 상용 응용 프로그램에 보다 쉽게 접근할 수 있다는 것입니다. 또한 LPP는 적절한 대상 물질과 레이저 매개변수를 선택하여 EUV 범위를 포함한 넓은 스펙트럼 범위에서 빛을 생성할 수 있습니다. EUV 광원 개발에서 LPP의 역할은 엄청납니다. 사실 DPP도 있으나 사양되었기에, 이 포스팅을 통해서 LPP, DPP의 설명을 딥하게 이어나가겠습니다.

 

Dependence of the LPP CE at 13 nm on the atomic number of the target material

 

LPP는 EUV 광원 개발에서 중요한 역할을 하며, 이러한 광원의 변환 효율(CE)을 최적화하기 위해 상당한 양의 연구가 수행되었습니다. CE는 EUV 광원의 핵심 성능 지표이며 특정 대역폭(일반적으로 13nm 파장 근처에서 2%) 내에서 EUV 에너지로 변환되는 입력 레이저 에너지의 백분율로 정의됩니다. LPP 소스에서 CE는 대상 물질, 레이저 강도, 레이저 펄스 폭 및 레이저 파장을 비롯한 여러 매개변수에 따라 달라집니다. 실험적 및 이론적 연구에 따르면 CE는 이러한 요인에 따라 약 1%에서 2% 범위일 수 있습니다. 이러한 연구의 주요 결과 중 하나는 대상 물질의 중요성입니다.

 

예를 들어 Lawrence Livermore National Laboratory는 주석(Sn) 및 안티몬(Sb) 타겟이 주파수 배가된 Nd:YAG(532nm) 레이저를 사용하는 LPP 소스에 대해 가장 높은 CE를 제공한다는 것을 알아냈죠. 금(Au) 및 납(Pb)과 같은 다른 high-Z 타겟도 높은 CE를 보여주었습니다. 이 연구는 LPP EUV 광원의 성능을 최적화하는 데 신중한 재료 선택의 중요성 들어납니다. 레이저 강도는 LPP 소스의 CE에 영향을 미치는 또 다른 핵심 요소입니다. Sn 타겟을 사용하면 CE가 약 2 x 10^11 W/cm^2에서 정점에 도달할 때까지 레이저 강도에 따라 빠르게 증가한 다음 더 높은 강도에서 천천히 떨어집니다. 레이저 강도와 CE 사이의 이러한 관계는 EUV 출력을 최적화하는 데 필요한 레이저 매개변수를 알수있죠.

자 근데 중요한건 Sn을 쓰는 LPP는 오염이 엄청나게 일어난다는 겁니다. 이 오염은 엄청난 문제거리가 되죠..

 

앞서 언급한 바와 같이 EUV 광원 개발의 주요 과제 중 하나는 플라즈마 형성 과정에서 생성되는 오염을 처리하는 것입니다. 생성된 잔해는 입자, 이온 및 원자 증기로 구성되며 모두 콘덴서 미러와 같은 EUV 리소그래피에 사용되는 광학 부품을 손상시킬 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 거울 표면에 이 오염이 쌓이면 반사율이 감소하여 EUV 노출 도구의 성능이 효과적으로 저하됩니다. 특히 주석(Sn)과 같은 원자 증기는 특히 해로울 수 있습니다. 1nm만큼 얇은 코팅이라도 EUV 반사율이 1% 감소할 수 있습니다. 이를 위해서는 현장 세척 공정을 사용하여 증착된 물질을 주기적으로 제거해야 하며, 이로 인해 광학 장치에 추가 마모가 발생할 수 있습니다. 따라서 EUV 노출 도구의 수명과 성능을 보장하려면 효과적인 오염 완화 전략(저감 전략)을 개발하는 것이 중요합니다. 이러한 전략은 EUV 광 출력에 미치는 영향을 최소화하면서 잔해물을 포착하거나 전환할 수 있어야 합니다.

 

이 문제를 해결하기 위한 한 가지 접근 방식은 자기장을 사용하여 광학에서 이온을 전환시키는 것입니다. 그러나 이 방법은 중성 입자를 포착하는 데 덜 효과적이며 높은 자기장이 EUV 빛을 방해할 수도 있습니다. 또 다른 접근 방식은 가스 커튼을 사용하는 것인데, 여기서 가스 제트를 사용하여 잔해물이 광학 장치에 도달하는 것을 막습니다. 가스 커튼 접근법은 이온과 중성 입자를 모두 포획할 수 있다는 장점이 있지만 EUV 광의 일부를 흡수할 수도 있어 전체 시스템 효율을 감소시킵니다. 보다 유망한 기술은 플라즈마(및 오염)를 생성하는 데 사용되는 재료의 양이 최소화되는 질량 제한 표적을 사용하는 것입니다. 생성된 오의 양을 줄이는 것 외에도 이 접근 방식은 EUV 광원의 변환 효율을 높일 수 있는 잠재력도 있습니다.