4. EUV 개발 역사 (4) - 광학계 거울 구성

 

 

Aspherical-Mirror Imaging

 

이전 포스팅에 이어서 설명을 계속 하겠습니다.

하지만 구면거울이 가지는 수차로 인해 제조공정의 한계가 명백해지면서 비구면거울로의 전환이 불가피해졌습니다. 비구면 거울은 구면 거울과 달리 구면 수차, 즉 중심이 아닌 가장자리 근처에서 거울에 닿는 광선의 굴절 증가로 인해 발생하는 왜곡이 발생하지 않습니다. 이 속성은 EUVL과 같이 높은 정밀도가 필요한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 1989년 NTT에서 2개 비구면 미러 이미징 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 리소그래피 노광 설비에 대한 세 가지 최소 요구 사항을 충족했습니다.

 

1. 이미지 측면에서 텔레센트릭: 시스템은 주광선(조리개 중심을 통과하는 물체 공간의 축외 지점에서 나오는 광선)이 이미지 측면에 평행할 때 이미지 측면에서 텔레센트릭이라고 합니다. 이미지 공간의 광축. 이는 리소그래피에서 정밀도를 유지하는 데 중요한 이미지 평면 디포커스로 배율이 변경되는 것을 방지합니다.
2. 고해상도 및 넓은 노광 FOV 제공: 포토마스크(웨이퍼에 인쇄할 회로 패턴을 포함하는 판)의 미세한 부분을 분해할 수 있는 시스템이어야 하며, 양산에 이점을 가짐
3. 짝수 개의 거울 사용: 이렇게 하면 물체(포토마스크)와 이미지(웨이퍼)가 프로젝션 광학 장치의 반대편에 있게 되어 무제한 웨이퍼 이동이 가능합니다. 

 

2개의 비구면 미러 시스템의 성공을 바탕으로 AT&T는 4개의 비구면 미러 이미징 시스템을 제안하고 개발했죠. 이 시스템은 대규모 반도체 제조에 필요한 기능인 무제한 웨이퍼 이동을 허용하는 프로젝션 시스템의 반대편에 있는 물체와 이미지의 중요한 기능을 포함하여 이전 설계에서 설정한 요구 사항을 확장했습니다. 이 외에도 새로운 디자인은 이미지에 도달하는 광선의 원뿔을 제한하고 빛의 양을 제어하고 원치 않는 회절 효과를 줄이는 액세스 가능한 다양한 조리개를 도입했습니다. 또한 수 밀리미터 폭의 링에 비해 우수한 화질을 제공하여 실용적인 EUVL을 위한 디자인의 우수성을 입증했죠.

자 더 나아가 볼까요?

 

더 나은 성능과 더 높은 해상도에 대한 요구가 계속 증가함에 따라 EUVL 광학 발전의 다음 논리적 단계는 훨씬 더 많은 비구면 거울을 갖춘 시스템이었습니다.1996년 비구면 광학의 장점과 작은 변위, 굴절률 변화 및 표면 불규칙성을 측정하는 기술인 광학 간섭계의 발전을 더욱 활용한 6개의 비구면 미러 이미징 시스템을 개발됬죠. 이 시스템은 좋은 설계에는 최소 6개의 비구면 거울이 있고  이미지에 가장 가까운 두 개의 거울은  이미지 품질을 최적화하기 위해 슈바르츠실트 디자인 형식을 활용했습니다. 이런식으로 기술은 점차 발전 했고 아래와 같이 현재 EUV 노광 시장을 독점하는 ASML은 6 미러 체계를 견고히 적용하고 있습니다.

 

 

하지만 노광에서 중요한건 빛의 양, 파워입니다. 파워가 적으면 노광의 성능이 줄어들죠. 이는 NA의 증가를 유도하여 극복 할 수 있습니다만 NA의 증가는 쉽지 않습니다. 설계가 참으로 어렵기 때문이죠? 시스템이 빛을 받아들이거나 방출할 수 있는 각도 범위를 특징짓는 무차원 숫자인 NA(개구수)가 0.5 이하로 유지될 때 반사형 이미징 시스템 설계의 복잡성이 상당히 줄어들 수 있습니다. 이 결론은 새로운 설계에 대한 현실적인 성능 목표를 설정하는 데 도움이 되었기 때문에 실제 시스템 개발에 중요했습니다. 물론 지금은 0.33을 넘어서 0.55. 그리고 0.7대를 바라보는 하이퍼 NA를 개발 중에 있습니다.