37. EUV 이미징의 이점

EUV 이미징의 이점

 

EUVL의 큰 가능성은 광자 기반 기술이므로 하전 입자 한계가 없고 투영 기반 축소 시스템으로 1X 및 접촉 마스크의 문제를 피할 수 있습니다. 이 두 가지 특성은 EUVL이 기존 광학 프로젝션 리소그래피의 연장선상에 있으며, 반세기에 걸친 학습을 활용할 수 있다는 점을 분명히 합니다. 리소그래피 해상도 방정식과 초점심도 방정식은 다음과 같습니다. 

 

 

1. 해상도는 이미징 파장(l), 수치 조리개(NA), 그리고 Rayleigh 상수(k1)에 의해 결정됩니다. 
   - 예를 들어, k1이 0.5이고 NA가 0.3인 EUV 시스템에서의 반 피치 해상도는 22.5 nm입니다. 
   - 해상도 향상 기술을 적용하면, k1을 0.25까지 낮출 수 있으며 이 경우 해상도는 11.25 nm까지 떨어집니다.

2. 수치 조리개(NA)를 높이면 해상도도 더욱 향상됩니다.
   - NA가 0.5일 경우, k1이 0.5와 0.25일 때의 해상도는 각각 13.5 nm과 6.75 nm입니다.

3. 노광에서 사용되는 다양한 기술이 해상도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
   - 예를 들어, 다이폴 조명(dipole illumination) 기술을 적용하면, NA 0.5에서 8-nm 반 피치를 달성할 수 있습니다.

4. EUVL 시스템의 낮은 NA는 상대적으로 큰 초점 깊이(focus latitude)를 제공합니다.
   - 깊이의 초점(DOF)은 k2라는 상수와, 파장, NA에 의해 결정됩니다. 
   - 예를 들어, NA 0.3의 시스템에서는 DOF가 최적화된 과정을 사용하면 150 nm까지 늘릴 수 있습니다.

이러한 내용은 EUV 노광 기술의 성능과 한계, 그리고 향상 가능성을 이해하는 데 중요한 정보입니다.

 

Aerial image modeling results for 0.33-NA and 0.55-NA EUV printing under general disk illumination with a partial coherence of 0.7 as compared to the reference DUV image of 38-nm half-pitch features, assuming a wavelength of 193 nm, a NA of 1.4, and optimized crosspole illumination.

 

EUV 패터닝 성능에 영향을 미치는 파라미터

부분 일관성

위에서 설명한 것처럼 부분 일관성(즉, 조명 설정)은 시스템의 이미징 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 위 그림은 네 가지 조명 조건에서 0.32-NA EUV 시스템에 대한 하프 피치의 함수로서 Aerial 이미지 콘트라스트 [(Imax - Imin)/(Imax + Imin)]를 보여줌으로써 이 접근법이 맞다는걸 증명? 하죠 (이상적인 BM을 가정함!)

 

수차와 대비비

하지만 위 섹션에서 제시된 결과는 BM 즉, 수차가 0인 이상적인 광학 시스템을 가정한 것입니다. 실제로는 이를 달성하기가 매우 어려우며, 특히 짧은 파장과 반사 광학으로 인해 미러의 Error가 매우 엄격하게 제한되는 EUV 영역에서는 더욱 그렇습니다. 해상도에 대한 1nm 미만의 영향이라는 기준을 사용하면 수차 한계는 0.25nm 또는 ~lambda/50입니다. 6 미러 시스템과 각 미러의 오차가 상관관계가 없다고 가정하면 각 미러에 대한 파면 오차 한계는 100pm(표면 오차 한계는 50pm)로 산출됩니다. 

 

플레어와 대비비

수차라고 부르는 거울 표면 에러는 저공간 주파수 에러입니다. 이러한 오차는 일반적으로 pupil 전체에 걸쳐 10사이클 이하이며 광학 시스템 포인트 확산 함수의 모양에 영향을 미치는 경향이 있습니다. 그러나 거울의 더 미세한 공간 주기 오차( mid-spatial-frequency roughness) 도 이미징 성능에 중요한 역할을 합니다. 위 그림은 pupil의 오차가 점 확산 함수(그림에서 'Img'로 표시됨)에서 빛(연보라색 광선)을 산란시켜 이미지 점을 둘러싼 넓은 영역에 조명의 배경 후광을 생성하는 경향을 보여줍니다. 고품질(low roughness) 광학의 경우 후광으로 산란되는 빛의 총량, 즉 총 통합 산란(total integrated scatter , TIS)은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

이렇게 산란된 빛의 영향은 플레어라는 효과를 통해 콘트라스트를 감소시킵니다. 플레어는 광학의 회절 한계보다 훨씬 큰 이상적으로 어두운 특징의 중앙에서 보이는 빛의 양으로 정의되며, 회절이 특징의 중앙에서 보이는 빛에 실질적으로 기여하지 않도록 합니다. 그렇기에 플레어는 모든 피처 크기의 대비를 감소시키며, 총 크기는 로컬 피처 밀도에 따라 달라지죠.

이미지의 밝은 영역에서 벗어나 이상적으로 어두운 특징으로 산란된 빛을 플레어라고 하며 모든 특징 크기에 대해 Aerial 이미지의 대비비를 줄입니다

 

Chromeless PSM printing in the EUV range

 

위상 시프트 마스크(PSM)는 포토리소그래피에 중요한 역할을 해왔으며 향후 EUVL을 궁극적인 한계까지 끌어올리는 데에도 사용될거라 저는 믿습니다. 그리고 위상 시프트 마스크의 또 다른 이점은 인쇄 기반 수차 측정 기술에서의 유용성입니다. EUV 범위에서 PSM을 생성하는 한 가지 방법은 기판에서 relief 패턴을 제작한 다음 다층(ML)으로 오버코팅하는 것입니다. 이 방법은 EUV에서 고효율 위상 격자를 생성하는 데 사용되는 방법과 거의 동일합니다.

 

이 그림은 0.1나노 EUV 리소그래피 툴로 인쇄된 relief PSM에 서브 해상도, 분리된 선의 초점 통과 인쇄를 보여줍니다. 해상도는 광학의 절대 회절 한계[0.25*lambda/(NA)]보다 작은 측면 치수를 가진 마스크의 구조로 정의되죠. 프린팅된 피처 크기는 광학의 해상도 한계에 가까운 70~80nm 정도입니다.

 

 

PSP의 또 다른 데모를 봐볼까요? 흡수체 피처 옆에 큰 위상 물체가 배치되어 있습니다(마스크 레이아웃은 우측!). 위상 시프트 인쇄에서 예상한 대로 큰 위상 구조의 윤곽선만 프린팅됩니다. 이 방법의 중요한 문제점은 ML 코팅 공정이 마스크에서 얻을 수 있는 위상 피처의 해상도를 크게 제한한다는 사실입니다. 이 연구가 수행된 이후 ML 에칭을 기반으로 하는 위상 시프트 마스크(감쇠 위상 시프트 마스크 포함)의 보다 정교한 구현이 개발되었으며 0.3-NA 노광 툴에서 적용되었습니다. 위상 시프트 마스크 사용의 또 다른 주요 이점은 흡수체를 제거하면 마스크의 전체 광학 처리량이 크게 향상되어 패터닝 툴이 개선된다는 것입니다. 이는 특히 접촉 홀 피처를 고려할 때 유용하죠

 

이 그림은 기존 흡수체 마스크와 Chromeless PSM을 직접 비교하여 0.3NA 리소그래피 툴로 인쇄된 25nm 고밀도 접점에 대한 패터닝 결과를 보여줍니다. 동일한 레지스트를 사용하기 때문에 웨이퍼에서의 선량은 실제로 변경되지 않았습니다. 변경된 것은 마스크의 광학 효율입니다. 이 점이 중요한 이유는 레지스트에서 실제로 7X 더 적은 광자로 패턴화할 경우 stochastics이 확실히 저하되기 때문입니다.