18. EUV Illumination에 대하여

 

 

결론: Critical illumination과 Köhler의 차이점은 Critical 조명은 마스크에 직접 광원을 투영하는 반면, Köhler 조명은 광원을 pupil에 입사시켜 광원 강도 변동으로부터 빛 분포를 분리한다!

 

이전 포스팅에 이어 EUV 광학계를 구성하는 또 다른 광학 모듈인 조명계를 이번 포스팅을 통해 간단하게 알아보려합니다. 모든 이미징 시스템의 중요한 부분인 광학 모듈은 선명하고 상세한 이미지를 만드는 데 도움이 되는 방식으로 빛을 전달하는 역할을 합니다. 이러한 모듈은 종종 거울, 렌즈 및 기타 광학 요소의 복잡한 배열로 구성되며 각각은 시스템의 전체 기능에서 특정한 역할을 합니다.그중에서 조명, 특히 EUV Illuminator 는 사전 정의된 조사 각도에서 마스크를 균일하게 비추는 빛을 형성하는 중요한 역할을 합니다. 그런 다음 빛은 중간 초점(IF)에서 조명기로 들어가 레티클에서 고품질의 배광을 생성합니다.

 

왜 중요할까요?

 

EUV Illuminator를 통해서 빛이 고르게 분포시켜서 shot noise도 줄이고 contrast도 좋은 이미지를 생성하기 위합니다. 즉, EUV Illuminator은 마스크가 균일하게 비추어 지도록 빛을 고르게 형성하는 장치입니다. 균일한 광은 곧 균일한 패턴으로 나오기 때문이죠! 즉, 이미징 성능과 CD 균일성에 직접적인 영향을 미치는 것은 빛의 강도 균일성입니다. 균일성이 CD에 미치는 영향을 이해하기 위해 다음 공식을 보시면 이해가 빠르실 것 같습니다.

 

DI는 강도 균일성, I는 평균 강도를 나타냅니다. 그렇기에 예시로 약 10%의 CD 재현성과 1의 NILS를 달성하려면 RMS 1% 미만의 강도 균일성이 필요함을 알 수 있습니다. 균일한 조명을 보장하는 것 외에도 Illuminator는 마스크로 입사하는 빛의 각도 조절에도 사용됩니다. 마치 특정 지점을 비추기 위해 손전등의 각도를 조정하는 것과 같습니다. 각도 분포는 개구수(NA)의 조명 부분의 상대 반경을 설명하는 부분 결맞음 계수로 정의됩니다.

 

원래 결맞음은 On-axis에 적용되었습니다만, 그러나 Off-axis Illuminator 맥락에서는 다른 의미로 확장됩니다. 예를 들어, annular 설정에서 NA의 조명 부분의 내부 및 외부 경계선을 나타내는 sigma in 및 sigma out에 의해 두 개의 원의 크기가 정의됩니다. 최적의 Off-axis 조명은 On-axis 조명에 비해 해상도를 2배 향상시킬 수 있을 정도죠.... 혹시 모르니 off axis illuminator = OAI에 대해서 설명하자면...

비 등축 조명 노광 (Off Axis Illumination, OAI)

- 기존 수직 입사 조명 : 0차광 렌즈 집광 못함 - 웨이퍼에 상을 맺지 못함.
- 빛의 (경사지게)사입사 : 0차광과 +1 또는 -1차광 집광 => 해상도 개선

 

EUV OAI !

 

또한 PFR(pupil fill ratio)또한 중요한 요소인데요

Definition of the partial coherence factor sigma in or out and PFR

 

작은 PFR의 적용은 보다 aggressive angle off-axis을 허용하여 이미징 해상도를 향상시키고 SMO(Source Mask Optimization)를 통해 콘트라스트와 노광 필드를 확장시킬 수 있게 되었습니다.

또 다른 중요한 성능 척도인 Telecentricity 오류는 리소그래피 공정에서 오버레이 오류를 유발할 수 있습니다. 따라서 최소한의 telecentricity 오류로 이상적인 조명 pupil을 유지하는 것이 가장 중요합니다

The Two Types of Illumination

Critical Illumination

EUV 리소그래피에서는 임계 조명과 Köhler 조명의 두 가지 유형의 조명이 일반적으로 사용됩니다. Critical illumination에는 소스를 마스크에 직접 투사하는 방식을 사용합니다. 이 접근 방식은 레지스트 테스트 또는 계측에 사용되는 소규모 시스템에 효율적이고 적합합니다. 마스크의 각도 분포는 컬렉터에 이미 형성되어 있어 원하는 조명 분포를 얻기 위해 여러 개의 구형 쉘과 개구 조리개를 사용할 수 있죠

 

조금 더 디테일로 들어가면... 상기 Critical Illumination은 마스크의 각도 분포는 이미 여러 개의 구형 셸과 조리개 스톱을 사용하여 수집기에 형성하는 시퀀스를 가지고 있습니다. 그러므로, 조명 퍼필은 여러 개의 고리로 구성되어 있습니다. 필드 스톱은 IF(중간 초점)에 위치하며, 두 개의 미러가 있는 콘덴서에 의해 defocus가 있는 마스크에 이미지가 생성됩니다. 단점 중 하나는 플라즈마 소스로부터의 강도 변동이 마스크의 조명 균일성에 직접적으로 영향을 미친다는 것입니다. 필드 평면에서 약 ±2.5%의 조도 균일성을 달성합니다.그러나 균일성은 플라즈마 소스의 강도 변동에 직접적인 영향을 받습니다. 이는 소규모  시스템에 허용될 수 있지만 EUV를 사용하는 패턴 인쇄에 사용되는 전체 필드 시스템에는 적합하지 않습니다. 주로 예전 ZEISS AIMS 같은 소규모 MI 계측 시스템에 적용됬죠...? 아마도 그럴겁니다

 

위 그림에서 노란색 광선은 필드 평면에서 약간의 디포커스가 있는 필드 광선의 경로를 형성합니다. 녹색 광선은 pupil 평면에 초점을 맞추는 pupil 광선의 경로

Köhler Illumination

Critical illumination과 달리 Köhler 조명은 소스를 프로젝션 광학의 pupil에 투사합니다. 이 접근 방식은 EUV로 패턴을 인쇄하는 데 사용되는 전체 HVM 필드 시스템에 더 적합합니다. 소스 강도 변동에서 pupil 평면의 광 분포를 분리하여 마스크의 균일성을 향상시킵니다. Köhler 유형의 조명기는 조명 분야에서 뛰어난 균일성과 유연성을 달성하기 위해 플라이 아이 적분기 장치를 사용하는 경우가 많습니다.

 

조금 더 디테일로 들어가면... 쾰러형 조명기의 설계 개념은 플라이 아이 인테그레이터 유닛을 포함합니다. 적분기는 반사면으로 구성된 두 개의 거울로 구성되어 있습니다. 첫 번째 미러는 두 번째 미러의 한 면에 IF를 이미지화합니다. 그런 다음 콘덴서 미러와 함께 두 번째 미러의 각 측면이 첫 번째 미러의 해당 측면을 마스크에 영상화합니다. 쾰러 조명의 주요 장점은 레티클(장) 평면에서 우수한 균일성으로 이어진다는 것입니다.

마스크에 수백 개의 필드 면을 중첩함으로써 조명 필드의 우수한 균일성을 달성합니다. 또 다른 장점은 플라즈마 소스의 강도 변동이 퍼필 평면의 빛 분포에 영향을 미치지만 마스크의 균일성을 유지된다는 점이죠! 약 ±1%의 우수한 균일성을 달성합니다.

 

어두운 회색 광선은 필드 평면에 초점이 맞춰진 필드 광선의 경로를 나타내는 반면 밝은 회색 광선은 pupil 평면에 초점이 맞춰진 pupil 광선의 경로를 나타냄을 보시면 됩니다