32. EUV Mask에 대하여 - 오염 (4)

 

EUV 마스크 오염과 세척

EUV 펠리클

공정 중 오염은 EUVL 기술을 HVM에 적용하기 위해 해결해야 할 중요한 문제 중 하나입니다. 펠리클은 마스크의 패턴화된 표면 위에 장착된 물리적 입자 차폐 및 보호 필름입니다. 인쇄 가능한 입자의 임계 크기는 이미징 표면 위의 펠리클에서 마스크 표면의 입자에 비해 훨씬 더 큽니다.

 

펠리클이 없는 경우와 펠리클이 있는 경우의 오염에 의해 회절된 빛의 경로

 

EUV 펠리클을 통과하는 EUV 빛의 이중 통과는 반사 마스크에 의해 결정되는데요. EUV 펠리클의 투과율이 90%인 경우, 광량은은 입사광의 81% 수준으로 감소합니다. 이는 20%의 광(생산성) 손실을 의미하며, 이렇게 손실된 에너지는 펠리클 멤브레인을 가열로 이어져 펠리클의 열과 기계적인 문제를 유발할 수 있습니다. EUV 파장에서 재료의 높은 소멸 계수(High K)로 인해 EUV 펠리클에 적합한 재료와 설계를 선택하기가 어렵기 때문에 EUV 펠리클 개발이 어려웠습니다. 그러나 지속적인 연구를 통해 10nm ~ 50 nm두께의 실리콘 기반 멤브레인으로 제작한 EUV 펠리클이 현재 개발? 된 상태죠. (하지만 완벽한 제품은 아직 없습니다. 완벽한 제품이라함은 가격과 성능을 모두 잡은 제품이겠죠?

 

ASML이 2021년 미국 반도체 장비업체 테러다인과 합작해 펠리클을 개발했고, 일본 미쓰이화학과 라이선스 계약을 맺은 뒤 이 부품을 일부 생산하고 있는데 미쓰이화학의 물량은 많지 않고, TSMC 제품은 투과율이 부족하죠. 최근에 91% 넘본다는 이야기가 들리던데, 그것은 나중에 여기서는 생략! TSMC는 투과율이 부족해서 수율이 좋지 않아도 노광설비가 많아서 포토마스크를 바꾸는 비용보다 수율이 않좋아도 펠리클을 사용하는게 이득이라 펠리클 사용합니다..

 

Item Requirements and guidelinesRequirements

Pellicle film EUV transmission	Pellicle film EUV transmission 90% single pass (81% double pass)	90% single pass (81% double pass)
EUV transmission spatial nonuniformity	EUV transmission spatial nonuniformity <0.2%	<0.2%
EUV transmission angular nonuniformity	EUV transmission angular nonuniformity <300-mrad maximum local pellicle angle	<300-mrad maximum local pellicle angle
EUV intensity in scanning slit at pellicle position	EUV intensity in scanning slit at pellicle position 5 W/cm2 (250-W EUV source equivalent)	5 W/cm2 (250-W EUV source equivalent)
Lifetime	Lifetime 315 hrs (production hours in an EUV þ H2 environment)	315 hrs (production hours in an EUV þ H2 environment)
Standoff distance	Standoff distance 2 ± 0.5 mm	2 ± 0.5 mm
Maximum acceleration	Maximum acceleration 100 m/s2	100 m/s2
Maximum ambient pressure rate of change	Maximum ambient pressure rate of change <3.5 mbar/s (peak during pump down in the load lock)	<3.5 mbar/s (peak during pump down in the load lock)
Reticle reserved area for pellicle assembly	Reticle reserved area for pellicle assembly (centered on substrate) 110.7 mm 144.1 mm : inner 118.0 mm 150.7 mm : outer	110.7 mm 144.1 mm : inner 118.0 mm 150.7 mm : outer
Pellicle impact on imaging performance	Pellicle impact on imaging performance: <0.1 nm CDU impact on wafer	<0.1 nm CDU impact on wafer

 

상단의 표에서 볼 수 있듯이 90% 이상의 단일 Path 투과율을 충족하는 것이 EUV 펠리클의 최우선 요구사항이며, 90% 이상의 단일 패스 투과율을 확보하기 위해서는 EUV 파장에 대한 소멸계수가 낮은 실리콘이 EUV 펠리클 막의 주성분이어야 합니다. 그러나 높은 EUV 투과율을 달성하기 위해서는 EUV 펠리클 막이 수십 나노미터보다 얇아야 하며, 이러한 구조는 열역학적 불안정성을 초래하죠. 펠리클 개발 초기에는 펠리클 막의 기계적 특성을 보완하기 위해 메쉬지지형 펠리클이 제안되었습니다.

 

보다 나은 기계적 특성 향상 효과와 높은 EUV 투과율을 위한 넓은 개방 공간을 고려하여 벌집형 메쉬 구조로 개발방향이 정해졌으나, 시제품의 성능 평가를 통해 나타난 결론은 메쉬 구조로 인한 투과율 불균일성 문제로 활용 불가였습니다. 다른 연구에 따르면 메쉬 구조는 기계적, 열적 불균일성을 유발하여 EUV 펠리클의 짧은 수명을 유도합니다. 이러한 기술적 문제로 인해 메쉬 지지형 펠리클에 대한 연구는 중단되었습니다. 그렇기에 현재 대부분의 연구는 지지 구조가 없는 멤브레인인 독립형 펠리클에 초점을 맞추고 있습니다.

 

실리콘 질화물로 덮인 폴리실리콘 멤브레인으로 구성된 독립형 EUV 펠리클

 

상기 타입의 펠리클은 투과율 요건을 충족하지만 수명과 직결되는 기계적 및 열 안정성이 HVM 레벨에 충분하지 않습니다. 예시로 40nm poly-Si의 최대 온도는 250-W EUV 소스로 작동하는 EUV 스캐너의 경우 944°C까지 도달할 것으로 계산되었는데요, 고진공 환경에서 박막 구조(무시할 수 있는 전도)로 인해 노출 중 EUV 펠리클의 유일한 냉각 메커니즘은 복사열이라는 점에 유의해야 합니다(무시할 수 있는 대류).

 

 

복사량은 복사율에 의해 결정되는데, 복사율은 물체가 복사하는 에너지와 흑체가 복사하는 에너지의 비율로 정의되며 대부분의 재료는 복사율이 1 미만입니다. 표면 복사 효율은 온도, 표면 구성 및 두께, 표면 거칠기, 방사 파장 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 탄소 기반 재료를 삽입하여 기계적 특성을 개선하고 열복사율이 높은 재료로 캡핑하여 열적 특성을 향상시키는 것이 최신 방식입니다. 고복사율 박막(예:, Ru 또는 B4C)로 펠리클 측면을 코팅하면 총 복사율이 향상되어 노광 공정 중 피크 온도가 감소되죠.

 

실리콘 계열 이외에도 탄소 나노튜브(CNT)는 탄소의 낮은 소멸 계수 값과 낮은 밀도로 인해 필름 후보 중 하나입니다.

 

CNT는 매우 높은 EUV 투과율을 제공하는데에 큰 이점이 있는데, 그 뿐만 아니라 금속(Ru 또는 Mo)으로 덮인 CNT 펠리클은 높고 균일한 EUV 투과율로 기계적 강도가 높기에 완벽한것 같죠 또한 완벽한 그래핀은 가장 강한 강철보다 약 100배 더 강한 것으로 알려져 있으니 말 다했습니다. 그래핀의 성질 좋은거 아시죠? 펠리클에서도 적용된다면 해당 펠리클은 열 및 전기 전도성이 있으며 EUV에 매우 투명하기에 매우 적합한 물질처럼 보입니다... 하지만 그래핀은 실리콘 공정과 호환되지 않으며(Si에서 성장하지 않음, 대부분 구리에서 수용성으로 성장 시킴) 결함 없는 그래핀 층을 얻고 전체 펠리클 크기까지 확장하는 것은 매우 어렵습니다.

 

이렇게 펠리클을 어찌저찌 만들었다 칩시다.. 이 펠리클을 HVM에 적용하기 위해서는 자동화 마운팅이 되어야하는데... 제가 해당 부분은 잘 모르지만 트랜스퍼하는것도 상당히 어렵다고 들었습니다. 예전에 ASML이 개발한게 있다고 들었고 한국 회사인 FST에서 EPMD설비 들어온걸 몇번 봤는데... 해당 내용은 잘 모르니 패스... 아시는분 댓글로 남겨주세요!

EUV 마스크 세척

노광 중에 선명한 패턴을 프틴팅하려면 마스크 표면을 오염되지 않게 유지하는 것이 중요합니다. 이를 위해 마스크 제작 중과 리소그래피 공정 단계 사이에 세척이 진행됩니다. 세정 공정에서의 중요 포인트는 표면에서 입자를 제거하면서도 필름이 손상되지 않도록 해야 하는 것입니다. EUV 펠리클을 사용할 수 없는 경우, 잔여물과 입자를 제거하기 위해 펠리클화된 마스크보다 EUV 마스크를 더 자주 세척해야 합니다.

 

그러나 세정 과정에서 핀홀 생성, 반사율 저하, 마스크 CD 변경과 같은 마스크 손상이 자주? 일어나죠. 메가소닉 세정은 세정으로 인한 패턴 손상 없이 패턴 마스크에서 입자를 제거하는 데 주로 사용됩니다. 하지만... 패턴이 작아지면, 입자 제거 효율이 특히 감소합니다. 세정 공정으로 카본 컨타(탄소 오염)을 제거하려면 산화 화학 물질을 사용하지만, 이렇게 되면 ML의 Ru 캡핑 층이 산화됩니다. 수 많은 문제를 떠안고 있는 EUV 마스크 세정을 위해 다음과 같은 대체 세정 기술이 제시되어왔는데요.. 확인해보시기 바랍니다. 끝!

1. 자외선(UV) 세척

작동방식: 자외선(UV) 세척은 고강도 자외선(일반적으로 UV-C 범위 100~280nm)을 사용하여 오존, 수산화 라디칼, 원자 산소와 같은 활성산소종(ROS)을 생성합니다. 이러한 ROS는 EUV 마스크 표면의 유기 및 일부 무기 오염 물질을 산화시켜 제거합니다.

 

장점: UV 세척은 ROS의 높은 반응성으로 인해 유기 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있습니다. Ehgks 드라이 클리닝 방식이므로 물이나 솔벤트 오염의 위험이 적습니다. 마지막으로 이는 비접촉 방식이므로 마스크의 물리적 손상 위험이 줄어듭니다.

단점: 고에너지 자외선은 EUV 마스크, 특히 다층 구조와 흡수층을 잠재적으로 손상시킬 수 있습니다. 그리고 특정 유형의 무기 오염 물질에는 효과적이지 않을 수 있습니다.

 

1. 초음속 수중 세정(SHC)

작동 방식: 초음속 하이드로클리닝(SHC)은 고속 탈이온수 분사를 사용하여 EUV 마스크에서 입자를 제거합니다.

장점: SHC는 독한 화학 물질을 사용하지 않고도 유기 및 무기 입자를 모두 제거할 수 있습니다. 화학 반응에 의존하지 않는 물리적 공정으로 마스크의 화학적 손상 위험을 줄어듭니다.

 

단점: 습식 세척 방식이기 때문에 세척 후 제대로 건조하지 않으면 물 관련 오염이 발생할 수 있습니다. 고속 워터 제트는 제어되지 않을 경우 EUV 마스크에 물리적 손상을 일으킬 수 있습니다. SHC는 마스크에 강하게 부착되어 있거나 도달하기 어려운 곳에 있는 입자에는 효과적이지 않을 수 있습니다.

 

1. 정전기 플라즈마 세척(PACE)

작동 방식: PACE는 반응성 종(종종 산소와 아르곤 이온의 혼합물)을 포함하는 저압 플라즈마를 사용합니다. 플라즈마는 오염 물질을 스퍼터링하는 동시에 정전기장을 사용하여 스퍼터링된 물질을 마스크 표면에서 밀어냅니다.

 

장점: PACE는 드라이 클리닝 방식이므로 물이나 용매 오염의 위험이 적습니다. 유기 및 무기 오염물질을 모두 효과적으로 제거할 수 있습니다.정전기장은 스퍼터링된 오염물질의 재침착을 잘 막습니다.

 

단점: 플라즈마는 EUV 마스크의 다층 구조와 흡수층을 손상시킬 수 있습니다. 그리고 복잡한 특수 설정이 필요합니다.

1. 레이저 충격 세정(LSC)

작동 방식: LSC는 마스크 표면에 고강도, 단펄스 레이저 광을 조사하는 것입니다. 레이저 에너지는 오염 입자에 흡수되어 빠른 가열과 팽창을 일으킵니다. 이렇게 하면 충격파가 발생하여 마스크 표면에서 입자를 제거합니다.

 

장점: LSC는 건식 비접촉식 세척 방식으로 오염과 물리적 손상의 위험을 낮습니다. 또한 입자상 물질을 포함한 유기 및 무기 오염물질을 효과적으로 제거하는 능력이 있습니다.

단점: 고에너지 레이저 펄스는 마스크, 특히 다층 구조와 흡수층을 손상시킬 수 있습니다.