14. EUV 개발 역사 (14) - 오염 방지 기술에 대하여

 

DGSS(Droplet Generator Steering System)는 EUV 소스 수집기의 기본 초점을 통해 주석 방울을 정확하게 안내하는 기술입니다. 여기에서 라인 레이저 모듈, 미세 범위 물방울 조정 카메라 및 큰 범위의 물방울 조정 카메라의 세 가지 구성 요소가 작동합니다. 카메라가 볼 수 있도록 물방울을 비추는 등대로 라인 레이저 모듈을 생각하시면됩니다.

 

이름 그대로 큰 범위의 물방울 스티어링 카메라는 광각 렌즈 역할을 하여 초기 위치 지정을 위한 넓은 시야를 제공합니다. 동시에 미세 범위 물방울 스티어링 카메라는 줌 렌즈처럼 작동하여 빔 얼라인을 위한 미세 조정을 하고 최적 좌표를 계산하고 송출합니다.

 

이 동적 시스템을 통해 액적 생성기를 빠르고 정확하게 조정할 수 있으며 이는 최적화된 EUV 성능에 필수적입니다. 그러나 DGSS의 영리함은 정확성에 그치지 않습니다. 수집기 또는 소스 용기 내의 다른 구조가 주석에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 DGSS는 의도적으로 가압 중에 액적 생성기를 수집기에서 멀리 떨어뜨립니다.

 

액적 생성이 안정되면 시스템은 액적 스트림을 다시 조정하여 수집기 초점으로 다시 전달합니다. (오토포커스, 오토디포커스 생각하시면됩니다.) 이렇게 최종적으로 계산된 시간과 좌표 등 모든 계산값을 가지고 빔 얼라인 타이밍를 결정합니다. 이를 타이밍 컨트롤러가 담당합니다.

 

Illustration of laser-to-droplet targeting dynamics

 

마치 움직이는 표적을 노리는 궁수처럼 소스 CO2 타이밍 컨트롤러가 물방울이 감지된 시점부터 프리 펄스(PP) 및 메인 펄스(MP) 레이저가 발사될 때까지의 모든 과정을 총괄합니다. 또한 단순히 동일한 저주파 액적만을 조사했을때, 이상적인 결과는 각 노광 노출 필드의 각 지점은 동일한 총 통합 EUV 에너지를 수신하여 균일한 패턴을 생성하는것이겠죠? 그러나 지속적으로 안정적인 EUV 펄스를 달성하는 것은 소스 에너지 변동, 액적 속도 차이 및 CO2-액적 정렬 변동으로 인해 어려운 일입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 PCM(Pulse Count Modulation)이라는 기술이 사용됩니다.

 

PCM은 액적이 빔 경로의 내부 또는 외부에 있도록 드라이브 레이저의 발사 시간을 변조하여 이러한 변화를 효과적으로 보상합니다. 펄스 발사 시간을 변조함으로써 PCM은 웨이퍼 노출 동안 평균 EUV 에너지를 조절합니다. 이렇게 하면 스캐너가 조명 슬릿 아래로 웨이퍼를 이동하는 데 걸리는 시간에 관계없이 웨이퍼의 모든 다이가 동일한 양의 EUV 에너지를 수신할 수 있습니다. 따라서 PCM은 안정적인 EUV 출을 유지하는 데 도움이 됩니다. 결론적으로 이러한 DGSS(Droplet Generator Steering System)는 EUV 리소그래피 공정에서 정밀도, 효율성 및 위험 완화를 보장하는 복잡하지만 독창적인 시스템입니다. (외계인 기술 같기도 합니다 ^^)

 

많이 애용하는 짤... 주석이 플라즈마 맞고 터지는 장면입니다. 주석 파편들이 부품에 묻어서 오염 많이 될 것 같죠?

 

이제까지 주석 물방울을 생성하는 액적생성기에 대해서 알아보았습니다. 주석이 EUV 생성에 큰 도움을 주지만 주석은 이중성을 가지고 있는 물질입니다. 바로 EUV 리소 시스템 오염의 핵심 오염원인은 주석이라는점을요! 간단하게 말하자면 주석은 이중성을 가지고있습니다. EUV 광 출력을 도와주지만 (Co2 레이저의 플라즈마 흡수로...) 높은 흡수 덕분에 잔여 슬러지가 많이 생겨 오염 시키는 것이라 생각하시면 됩니다. 상술한 글의 내용에서는 주석의 착한 면만 보여드렸다면.. 이번은 나쁜 면을 보여드리겠습니다.

 

 

콜렉터 미러입니다. 검은 부분이 주석으로 오염된 것입니다.

 

슈퍼카를 예로 들어보겠습니다. 엔진에 먼지가 쌓이면 효율이 급격히 떨어질 수 있겠죠? EUV 리소그래피의 세계에서의 오염 또한 마찬가지 입니다. 여기서의 오염은 주석 때문입니다. 오염이 어떻게 되는지 간단히 설명하자면,

 

[기초]

주석은 좋은 EUV 방출체인 동시에 강한 EUV 흡수체이기도 합니다. 이러한 흡수 특성이 광학 미러나 다른 EUV 부품에 축척되어 오염되는 것입니다.

 

[심화]

제어되지 않는 Sn이 빔 콜렉터(미러 등) 표면에 붙고, 이들이 플라즈마의 열로 인해 액체 형태로 Sn이 H-라디칼 플럭스 하에서 액체로 방출될 수 있습니다. H-라디칼 플럭스는 액체 Sn 내부에 H2 가스가 축적되어 H2 기포가 형성될 수 있습니다. 이 거품들은 표면으로 퍼져나가고, 작은 물방울들을 생성하면서 터집니다. 여기서 더 첨언하자면... 수소 가스가 챔버에 주입되어 고에너지 환경에 의해 수소 라디칼(H)로 분해됩니다.

이러한 수소 라디칼은 컬렉터 미러의 주석과 반응하여 휘발성 주석 수소화물(SnH4)을 형성합니다. 이 반응은 Sn (s) + 4H (g) → SnH4 (g) 으로 나타납니다. 그런 다음 휘발성 주석 수소화물을 진공 챔버 밖으로 펌핑하여 컬렉터 미러를 효과적으로 청소하는 시퀀스 입니다. 쉽게 설명하자면 엄청 흔든 콜라병의 뚜겅을 열었을때 터져나오는 수 많은 기포가 모두 오염물질이고 이게 미러에 붙으면 빛이 잘 반사가 안되겠죠? 결과적으로 주석 오염 때문에 급격한 EUV광을 전달하는 미러 반사율 손실이 발생하여 광 출력 및 전력 효율(CE)이 저하될 수 있습니다.오염 저감의 과정에서 수소는 큰 역할을 했습니다. 어떻게 했을까요?

수소 가스의 압력은 Sn 플라즈마 이온을 차단하여 수집기의 다층 코팅을 보존했죠. 어떻게 했을까요? 수소 가스 압력이 증가함에 따라 집전체 표면에 도달하는 이온 에너지와 이온 플럭스를 모두 크게 감소시켜서 보호 했습니다. 조금 쉽게 설명하면 마치 에어커튼같은겁니다, 풍량이 세지면, (=압력이 강해지면) 어떤 것도 에어커튼을 통과하기가 더 어려워지겠죠?

 

그래서 수소 가스 장벽은 이와 같이 오염 발생 원인인 Sn 이온을 막으면서 보호를 합니다. 또한 수소는 보호 역할을 할 뿐만 아니라 오염을 찾아서 공격도 합니다(백혈구 인가? 싶습니다.). 수소는 고에너지 플라즈마가 존재할 때 주석과 반응합니다. 이 반응은 용기 밖으로 펌핑되는 가스 화합물인 스타난(SnH4)을 형성하여 해당 부위를 오염이 없는 상태로 유지합니다. 그럼에도 불구하고 오염 없이 부품을 유지하는 것은 마치 토마토 축제에서 흰 셔츠를 티끌 하나 없이 유지하는 것만큼 어렵죠 하하.