24. EUV Contamination에 대하여 (1)

 

EUV(극자외선) 스캐너의 성능을 이해하는 데 있어 광학 오염 문제는 이제 극복해야 할 핵심 과제였습니다. 결국 해냈?..죠 오염을 저감시키려는 수 많은 노력과 성과는 20년 이상의 노력이 뒷받침된 결과였습니다. 이번 포스팅에서는 포토공정의 성능을 좌지우지하는 EUV 오염, EUV Contamination에 대해서 알아보겠습니다.

 

이전에 작성한 오염에 관한 EUV 역사 포스팅이있었는데 내용이 일부 빈약해서 업로드 하지 않았습니다. 이번 포스팅을 통해서 기본기도 다루면서 심화된 내용도 함께 다루겠습니다. 먼저 기초입니다! 이번 포스팅은 시리즈는 약간 깁니다!

 

[기초] EUV 오염에 대해서

EUV 오염 원인은 주석입니다. 엥 이게 무슨 소리냐고요? 주석 때문에 LPP로 EUV 광원을 발진 시킬 수 있었는데 말이죠. 사실 주석은 이중성을 가지고 있습니다. EUV 광 출력을 도와주지만 (Co2 레이저의 플라즈마 흡수로...) 높은 흡수 덕분에 잔여 슬러지가 많이 생겨 EUV 오염 시키는 것이라 생각하시면 됩니다. 이전 포스팅에서는 주석의 착한 면만 보여드렸다면.. 이번은 나쁜 면을 보여드리겠습니다.

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

EUV 오염 과정

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]

Debris deposition onto the collector with magnetic debris mitigation

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.

다시 정리하면 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?

수소의 역할

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. 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...