17. EUV Collector에 대하여

 

 

 

EUV 스캐너는 거울, 렌즈 및 센서의 복잡한 시스템을 사용하여 극자외선을 실리콘 웨이퍼에 직접 집중시키는 설비입니다. 이 설비를 통해서 패턴을 웨이퍼에 여러 번 노광하여 원하는 회로를 레이어별로 구축하는 작업을 진행합니다. 이렇게 중요한 임무를 지니고 있는 EUV 스캐너의 정밀도와 정확도는 복잡한 디자인과 고성능을 갖춘 반도체를 성공적으로 제조하는 데 매우 중요합니다. 여러가지 전기, 전자, 광학 등의 모듈이 있지만 이번 포스팅에서는 광학 모듈 중 핵심인 EUV Collector에 대해서 알아 보겠습니다. 콜렉터가 무엇인지 설명하기전에 EUV 스캐너에서 작동하는 광원의 속성을 우선 알 필요가 있습니다!

 

EUV 스캐너의 핵심은 리소그래피 공정에 필요한 EUV 광을 생성하는 플라즈마 소스에 있고 플라즈마를 생성하는 두 가지 주요 방법은 방전 생성 플라즈마(DPP)와 레이저 생성 플라즈마(LPP)입니다. DPP에서 플라즈마는 주석(Sn) 전극에서 방전을 통해 생성됩니다. 반면에 LPP는 적외선 레이저 빔을 사용하여 작은 주석 방울을 조사하여 플라즈마를 형성합니다. 여기서 조금 더 첨언 하자면, DPP 소스는 플라즈마를 생성하기 위해 주석(Sn) 전극에 전기 방전을 사용합니다. 플라즈마는 일반적으로 Sn 연료가 들어 있는 용기 내에서 생성되며, 방전은 캐스케이드 반응을 유발하여 EUV 빛을 방출합니다. 반면에 LPP 소스는 작은 Sn 방울에 적외선 레이저 빔을 조사하여 플라즈마를 생성합니다. 레이저 펄스는 동일한 주석 물방울을 2번 맞춰서 증발시키고 그로 인해 EUV 빛을 방출하는 플라즈마 구름을 생성합니다.

 

참고: DPP가 LPP보다 오염야기가 적다.

 

그러나 레이저 빛 자체는 플라즈마에서 반사되어 컬렉터를 가열하여 성능에 영향을 줄 수 있으므로 적절하게 필터링되지 않으면 문제가 될 수 있습니다.

 

서론이 길었습니다. 여기서 콜렉터는 EUV 스캐너에서 플라즈마 소스와 illuminator 사이의 브리지 역할을 합니다. 정확히는 플라즈마에서 방출되는 EUV 빛을 포착하여 추가 처리를 위해 illuminator에 전달하는 것입니다. 그러면서 원하지 않는 파장을 억제하고 EUV 빛의 활용을 최적화하는데 도움을 주는 모듈입니다. 더 요약하자면... EUV 컬렉터의 주요 기능은 플라즈마 소스에서 방출되는 EUV 빛을 포착하고 집중시키는 것이고.. 그러나 콜렉터는 EUV 조명의 고유한 특성과 열악한 작동 조건으로 인해 수많은 난제가 있음, 컬렉터 미러는 소스의 고에너지 이온 등 에 노출되어 반사 코팅의 침식 및 비반사 입자로 인해 오염을 유발됨, 컬렉터 미러는 적외선에서 X-Ray에 이르는 다양한 파장 범위에서 강력한 전자기 복사를 견뎌야 함, 컬렉터 미러는 리소그래피 공정 중에 생성된 높은 열 부하를 효과적으로 견뎌야하는 내구성을 가져야 함, 이러한 EUV 소스의 특정 요구 사항에 따라 다양한 유형의 콜렉터가 사용되는데요. 함께 알아보시죠!

 

굵고 어두운 선만 물리적으로 인식됩니다. 점선은 ellipsoid and hyperboloid를 나타냅니다. 가늘고 곧은 선은 individual light rays를 보여줍니다.

 

첫번째는 그레이징 입사 콜렉터인데요, GIC라고 하겠습니다. GIC는 DPP 소스에 적합한 콜렉터입니다. DPP 소스는 LPP(레이저 생성 플라즈마) 소스에 비해 Sn 오염 부하가 더 높은 경향이 있습니다. Wolter-type 1 콜렉터 같은 GIC는 더 높은 Sn 및 오염을 처리하는 데 적합하며 DPP 소스에 대한 큰 노광 영역을 제공하죠. (일전에 다루었던 포스팅 중에서 스침입사를 기억하시면 이해가 쉬우실겁니다! Sn 오염파편 제거를 위해서 스치면서...) 하이퍼볼로이드 섹션을 플라즈마 포인트를 향하도록 배열함으로써 높은 입사 허용 각도를 달성할 수 있으며, 최적의 반사율을 위해 작은 그레이징 발생 각도를 유지하면서 높은 각도에서 EUV을 수집할 수 있습니다. 원래 설계의 한계를 해결하기 위해 Wolter-Scharzchild 시스템이 도입되었습니다. 구형 및 코마 수차를 모두 보정하는 쌍곡선 반사 표면을 사용하여 더 큰 필드에서 더 선명한 이미지를 제공하는 능력을 가졌죠!

 

 

하지만 Wolter도 문제는 있습니다. (문제 없는 모듈이 어디있겠냐만은... ^^,,) 바로 illuminator의 링 필드에 중앙 그림자가 존재한다는 것입니다. 이 문제를 완화하기 위해 여러 개의 원형 중첩 미러 셸을 사용했습니다. 그러나 이러한 미러 쉘(박벽 금속 구조)은 높은 열 부하에 노출될 때 문제가 됩니다. 가뜩이나 EUV 온도가 높은데 말이죠...!

 

 

Normal-incidence collectors, NIC라고 부르겠습니다. NIC는 이름에서도 알 수 있듯이 정상입사로 동작하는 콜렉터 인데요, 딱봐도 위의 스침입사와는 다른 개념이겠죠? NIC는 플라즈마를 둘러싸고 방출된 EUV 방사선을 타원체의 2차 초점을 향해 반사하는 타원체 거울을 사용합니다. 단순하죠? NIC의 장점은 높은 열 부하에서도 잘 견디는데에 첫번째 있고, 두번째로 좋은 이미징 성능에 있습니다. 첫 번째 초점 F에서 플라즈마를 둘러싼 회전 타원체 거울로 구성됩니다. 점 F에서 방출된 EUV 방사선이 거울 표면에 도달하면 타원의 수학적 특성으로 인해 두 번째 초점 F0 쪽으로 반사됩니다. 결과적으로, 콜렉터는 넓은 각도에 걸쳐 F 지점으로부터의 방출되는 방사선을 효과적으로 모을 수 있습니다.

 

하지만 이러한 콜렉터는 모양이 평면적이지는 않습니다. 즉, 영상촬영 성능이 전체 수집기 표면에 걸쳐 균일하지 않습니다. 따라서 간단한 타원체로 달성할 수 있는 사용 가능한 개체/이미지 크기가 제한됩니다. 그러나 콜렉터가 레이저 생산 플라즈마(LPP) 소스와 같이 더 작은 플라즈마 크기에 사용되고 광원을 향해 정밀하게 조정되는 경우에도 이미징 동작은 여전히 매우 효과적이기에 많이 사용됩니다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 광학 표면은 고반사 HR 다층 코팅으로 코팅됩니다. Mo/Si(몰리브덴,몰리/실리콘) 다층 코팅 스택이 일반적으로 사용됩니다. 그러나 코팅의 적용 이후에도 거울의 가장자리 쪽으로 갈수록, 정상 입사 거울의 p-편광된 빛에 대한 코팅의 반사율은 급격히 감소합니다. 이러한 반사율의 변화는 타원형 콜렉의 전반적인 수집 효율에 영향을 미치게되죠.. 또 코팅은 열화를 방지하고 최적의 성능을 유지하기 위해 플라즈마에 의해 생성된 이물질 및 이온으로부터 보호되어야 하겠죠? 이거는 GIC든 NIC든 공통의 난제인 것입니다..