EUV Lithography 를위한진공기술 http://dx.doi.org/10.5757/vacmag.1.3.14 주장헌 Vacuum Technology for EUV Lithography Jang Hun Joo Lithography is widely recognized as one of the key steps in the manufacture of ICs and other devices and/or structures. However, as the dimensions of features made using lithography become smaller, lithography is becoming a more critical factor for enabling miniature IC or other devices and/or structures to be manufactured. As explained above, to make it happen, many other important technologies will have to be addressed. The vacuum technology is one of them and the engineers and experts are paying attention on vacuum technology including vacuum pumps. Especially high Vacuum(HV) and Ultra high vacuum(uhv) are not easy and not simple one. So the manpower who can understand vacuum technology with long experience in vacuum industry is important with basic study. EUV 리소그라피장비에는포토마스크나다중층거울 (multilayer mirror) 같은극자외선과약한 x-선파장범위 ( 즉, 대략 5nm에서 20nm 사이의파장 ) 용반사광학장치들이사용된다. EUV 리소그라피장비는일 [Fig. 2] Arrangement of elements in EUV lithography(us Patent US2012/0241610A1, Sep. 27, 2012) 반적으로많은수의반사광학장치들을사용하는데이반사광학장치들은순차적으로배열되기때문에충분히큰전체반사율 (high total reflectivity) 을구현하기위해서는각광학반사장치들이가능한한최대반사율을가져야한다. 각각의반사광학장치들의반사율 (reflectivity) 과수명은반사광학장치에서광학적으로반사에사용되는면의오염에의해감소되게되는데이오염은 EUV 리소그라피장비내부잔류기체들과단파장조사 (short-wave irradiation) 에의해일어나게된다. 따라서 EUV 리소그라피장치내에서각각의반사광학장치들에대한미세한오염조차도전체반사율에심하게영향을주게된다. EUV 리소그라피장치를위한진공 [Fig. 1] Lithography Trend and Prospect (ITRS) 32 nm 와그미만의리소그라피에필요한광학계 < 저자약력 > 주장헌박사는 1996 년연세대학교물리학과박사학위를받고에드워드코리아주식회사에입사하여현재까지근무하고있으며 20005 년제 1 회반도체기술대상산업자원부장관상을수상하였으며저서로 < 진공기술실무 > 와 < 진공이해하기 > 가있다. (jh.joo@edwardsvacuum.com) 14
EUV Lithography를 위한 진공 기술 와 스테이지의 안정성과 위치 제어 정밀도뿐만 아니라 EUV 리소그라피에 사용되는 다중 층 거울 광학계 EUV 기술에 적합한 고진공 환경이 EUV 리소그라피 장 의 탄소 오염은 진공 상태에서 포토레지스터(PR)와 장 비에 구현되어야 한다. 이러한 고진공 필요성은 EUV 비 부품들에서 배출되는 탈가스들에 의해 광학계 표면 조사 시 진공 시스템 내의 오염물질들(contaminant)로 에 흡착된 유기 오염물들의 광자 유발 분해(photon- 인해 생기는 공기 중의 EUV 광자(photon) 흡수, 광학 induced cracking)에 의해 일어난다. 따라서, 대량 생 계의 반사율 저하를 막기 위한 것이다. 산 환경에 사용되는 EUV 리소그라피 장비에서 일어날 필요한 진공 상태를 구현하기 위해서는 진공 시스 수 있는 오염율(contamination rate)과 수명을 납득할 템 내에서의 탈가스(outgassing)를 강력하게 억제하 수 있는 범위 내에서 탄소 성장(carbon growth)를 측 고 충분한 배기 용량이 확보되어야 한다. 따라서, 진공 정하고 이해하는 것이 매우 중요하다. 어떤 오염 물질의 chamber 내부에 사용되는 물질의 양은 최소화하면서 오염율은 분명한 비선형적 관계를 보이고 수증기 혼합 사용된 물질들의 탈가스율(outgassing rate) 역시 매우 체에 강하게 영향을 받게 된다. 적은 물질들을 사용하여야 하며 진공 부품들은 매우 높 오염이 EUV 리소그라피에 미치는 영향 은 청결도를 유지하여야 한다. EUV 리소그라피는 베이크(bake)하지 않은 진공 chamber 내부에서 이루어지기 때문에 주요 잔류 가스 EUV 리소그라피 장비 내에서 오염이 발생하면 이 오 는 수분(H2O)과 탄화수소이다. EUV리소그라피를 위 염으로 인하여 EUV 리소그라피 장비에 의해 기판 위에 한 진공 환경에서 수분과 탄화수소 오염 물질은 조사 전사(투영)되는 회로 모양에 심각한 문제를 일으킨다. (radiation)로 인해 다중 층 광학계의 가동 수명을 떨 따라서, EUV 리소그라피 장치내의 입자 오염을 최소화 어뜨리게 된다. 광학계 수명을 유지하기 위해 필요한 하는 것이 바람직하다. EUV 리소그라피 환경에서 오염 정도는 엄격하게 관리 XPS같은 첨단 표면 분석 장치에 의해서만 감지되는 될 필요가 있는데, 7 ~ 10년 동안 반사율 손실율이 1% 극소량의 잔류물들이라고 하더라도 EUV 리소그라피 미만이어야 한다. EUV chamber 내부에서 CxHy 1 scanner, EUV 조사원(radiation source)이나 다른 장 10-9 -7 mbar, H2O 1 10 mbar가 유지되어야 한 치들에 존재하게 되면 치명적인 결과를 초래한다. 그 이 다. 진공 상태에서는 흡착되어 있는 물질들의 방출로 인 유는 이런 미세량의 잔류물일지라도 광학계에 오염물질 하여 EUV 진공 chamber내의 수분(H2O)과 탄화수소 을 축적시켜 광학계의 출력을 변하게 만들거나 코팅 과 (hydrocarbon)의 부분압이 증가될 수 있다. 이로 인하 정에서의 wetting 특성에 영향을 주기 때문이다. 입자 여 배기하는 과정에서 많은 시간이 걸리게 되고 EUV 리 오염을 최소화 또는 감소시킬 수 있는 한 가지 방법은 소그라피 장비의 전체 생산량 증대에 많은 지장을 초래 EUV 리소그라피 장치에 조립되어 사용되는 모든 부품 한다. 들이 매우 청결한 상태(임계치 이하의 입자 오염 상태를 유지하는 표면을 갖도록)가 되도록 하는 것이다. 극청정(ultra clean)이라는 용어는 어떤 표면 위 단위 cm2당 2 μm보다 직경이 큰 입자들이 15개 미만으로 존 재해야 한다는 것을 의미한다. EUV 리소그라피 환경에 서, 광학계나 회로 형성 장치의 오염을 피하기 위해 진 공 시스템 내에서 탈가스가 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하며 탈가스는 진공 상태에 있는 표면에서 떨어 져 나오는 질량을 molecules/s cm2로 표기한 것이다. EUV 리소그라피 장치를 가동할 것인지 말 것인지를 결정하기 위해 잔류 가스 분석을 통해 탈가스를 측정한 [Fig. 3] S chematic diagram of EUV lithography tool(asml Patent, Particulate Contamination Measurement Method and Apparatus) 다. 이런 목적으로, EUV 리소그라피 장치는 시판되고 있는 잔류 가스 분석기를 이용할 수 있을 정도의 진공상 특집 _ 반도체 소자 및 공정기술 15
태가될때까지상온에서수시간동안진공배기시킨후, 상온에서잔류가스분석을진행한다. 전체적으로가열할수없는 EUV 리소그라피장치에있어이절차는매우중요한데, 그이유는 EUV 리소그라피장치를가열하는경우광학부품들과 holder 부분의광학적위치허용정도가매우작아가열하게되면위치가달라질수있어 EUV 리소그라피장치의성능에심대한영향을미치기때문이다. 잔류가스분석기를이용한 EUV 리소그라피내부의탈가스측정 [3] 광학계같은중요한부위에대한포토레지스터탈가스 (resist outgassing) 로인한오염이대량생산에사용되는리소그라피장치의수명제약요인이기때문에포토레지스터로부터의탈가스양과물질들을엄격하게관리하여 scanner 광학계의오염을줄여야한다. 노광 chamber는 2 ~ 4 10-6 Pa(2 ~ 4 10-8 mbar) 까지극고진공으로배기하여야한다. 그러나, 노광이진행되면탈가스로인하여 chamber 내부압력이 1 ~ 2 10-5 Pa(1~2 10-7 mbar) 까지높아진다 ( 진공도가안좋아진다 ). 따라서오염을제어하는과정이필요하게된다. 포토레지스터에충돌한광자 (photon) 나전자 (electron) 로인하여포토레지스터조각이떨어져나가게한다. 포토레지스터와광학계간의거리에따라이렇게쪼개져떨어져나간것들이광학계에도달하여그표면에붙게되는데이렇게표면에붙는것만으로도광학계의성능이떨어지고그수명이단축된다. 오염물질층의성장과그영향은탈가스되어떨어져나온조각들과노광원 (exposure source) 의특성에의해전적으로결정된다. 장비수명에대한포토레지스터탈가스위험성을정량화하기위해서는오염층으로인한중요장치표면에서의성장율과성능에미치는영향을측정할필요가있다. 포토레지스터는노광 chamber 안에서광자나전자에노출되기때문에주변의광학계나기계부품들이오염되기쉽다. 포토레지스터에대한노광중에, 쪼개져떨어져나온것들의전압력과부분압이일반적으로증가되고노광이끝나면압력은다시원래압력값으로낮아진다. 그림 4 는 PMMA 노광중측정된잔류가스분석 (RGA) 스펙 [Fig. 4] RGA spectrum of PMMA resist during electron exposure [3] 트럼으로몇개의특정한 peak들은확인할수있다. 질량 69와 100은 PMMA의단량체 (monomer) 인 MMA 이며질량 108과 78은 anisole에의한것으로 tape 위에 PMMA를코팅하는과정에사용된솔벤트이다. 15(CH 3 ), 28(H 2 O) 그리고 44(CO 2 ) 는일반적인탄화수소조각들에의한 peak들이다. 휘발성이낮은탄화수소들은 EUV 리소그라피장치가동중광학계부품들의오염에거의무시할정도의영향을줄뿐이지만그러나이런오염물질들은전통적인방법으로는감지가되지않는다. 따라서, 잔류가스분석에근거하여, EUV리소그라피장비의가동여부를결정하고탈착 (desorption), 특히광자나 2차전자 (secondary electron) 들에의해생기는휘발성이낮은탄화수소들을고려하여노광과정중에수용할수없는오염수준이되지않도록하여야한다. 표면활성화를통해잔류가스분석을위한탈가스유발을통해전통적인방법으로는확인이되지않는소량의휘발성이낮은탄화수소들이잔류가스속에남아있는지확인할수있다. 오염을유발할수있고진공시스템내부표면에증착되는휘발성이낮은화합물들로인한오염물질들을광자, 전자, 중성입자들에노출시키는표면활성화 (activation) 를통해기체상 (gas phase) 로변환시킬수있고이를통해잔류가스분석기로검출이가능하다. EUV 또는연성 x-ray 자체나조사과정에서생성되는광전자나 2차전자들이어느정도이미탄소수소화합물들의해리에기여하고있는데특히휘발성이적은탄화수소화합물들을질량이상대적으로더작은탄소함유분자들로해리시킨다. 이렇게해리된질량이작은탄화수소들은반사광학부품들표면에오염물질로증착되고반사율을감소시킨다. 이과정에서조사원 16
EUV Lithography를 위한 진공 기술 감지하여야 오염 물질들에 의해 민감한 광학계가 오염 되는 것을 방지하기 위해서 리소그라피 공정을 즉시 중 단할 수 있어야 한다. EUV 리소그라피가 진행되는 진 공 공간의 진공도(압력)는 리소그라피 장치에 사용되는 radiation beam의 종류에 따라 달라지는 다양한 압력 을 갖게 된다. 오염 물질을 감지하기 위해 오염에 민감한 공간들, 즉 패턴 형성 장치가 포함된 공간, 기판 지지대가 들어있 [Fig. 5] P hotons/electrons-induced outgassing for RGA (US Patent, US2010/0112494 A1) 는 공간 등에 오염 물질을 감지할 수 있는 장치가 장착 되기도 한다. 이때 감지 온도가 오염 물질들 중 최소한 한 개의 포화온도(saturation temperature)에 가깝거 (source) 자체가 광자와/또는 2차 전자들을 이용하는 나 그 보다 낮을 때, 이 오염 물질은 오염 물질의 압력 촉발 장치(stimulation unit)로 사용될 수 있다. 다음과 이 주어진 임계 압력보다 높은 경우 감지 표면에 응축 같은 방법들이 탈가스를 유발하는데 적합하다. 즉, 고에 (condensation)된다. 예를 들어 임계 압력(threshold 너지 전자기파 조사, 전하 입자 또는 중성 입자에 의한 pressure)이 약 10-3 mbar나 그 보다 낮을 수 있는데 충격(bombardment), 플라즈마 등에 의해 탈가스가 유 다른 임계 압력이 적용될 수도 있다. 임계 압력은 리소 발될 수 있다. 오염 물질은 조사나 충격에 의해 탈가스 그라피 장치의 부품에 손상을 유발하기 전에 내부 공간 (기체화)된다. 에 유입될 수 있는 오염 물질들의 최대 양에 따라 달라 진공 시스템 내에서 질량이 45 amu보다 작은 원자들, 진다. 분자들 또는 분자 조각들은 일반적으로 휘발성이고 탈 포화온도는 주어진 압력에서 증기상태의 오염물들 가스를 인위적으로 유발하지 않아도 이미 잔류 가스 분 이 응축되기 시작하는 온도이며, dew point로도 알 석기에 의해 감지된다. 질량 범위 측면에서 질량 45 ~ 려져 있다. 만일 감지하는 표면의 온도가 포화 온도보 -9 100 amu는 1.0 10-12 5.0 10 mbar, 질량 101 ~ 150 amu는 다 높으면, 표면 채우기 정도(degree of the surface -13 filling) - 해당 표면에 붙어 있는 분자 개수를 한 개의 mbar, 질량 151 ~ 200 amu는 5.0 10 mbar 최대 부분압을 넘지 않아야 한다. 층에 위치할 수 있는 분자 최대 개수로 나눈 값 는 1 EUV 리소그라피 장치는 열허용치(thermal 보다 작다. 이런 조건들에서 흡착-탈착(adsorption- tolerance)가 적기 때문에 전체적으로 가열할 수 없다. desorption) 평형 상태는 표면 채우기 정도가 적다. 만 EUV 리소그라피 장치를 위한 진공 시스템은 상온에 일 온도가 포화 온도에 도달하면 응축에 의해 감지기 표 서 수 시간 동안 배기되어 잔류 가스 분석기를 사용할 면에서 오염 물질의 빠른 성장(물에 의한 안개 형성)이 수 있을 정도의 진공도가 될 때까지 배기된다. EUV 리 일어난다. 빠른 응결로 인하여 감지 표면의 표면 채우기 소그라피 장치에 사용될 수 있는 화학 물질은 Fomblin 정도는 거의 1이 되고 해당 오염 물질의 한 개 또는 그 이상의 층들이 감지 표면에 형성된다., perfloropolyether(pfpe)이다. 질량 스펙트럼에서 Fomblin오일이나 그리이스로 인한 peak들은 6, 100, 감지 온도는 포화온도 아래 약 100K를 넘지 않는 오 119, 101, 150, 151 amu에서 생기고, 68, 119, 100, 염 물질의 포화 온도에 거의 같아지거나 약간 낮을 수 150 amu가 가장 강한 peak들이다. 있다. 오염 물질의 포화 온도는 내부 공간에 있는 물질 들의 포화 온도에 의해 결정되는 것이 분명하다. 어떤 오염물질 감지 방법 압력에서 많은 오염 물질들의 포화 온도들은 각종 문헌 에서 얻을 수 있다. 물의 포화 수증기 압력은 다음 식을 EUV 리소그라피 내부 공간, 즉 진공 상태는 오염 유 이용하여 계산할 수 있다. 무를 확인하기 위해 모니터링하는 것이 바람직하다. 아 울러 오염 여부를 1초보다 더 짧은 시간 내에 신속하게 (1) 특집 _ 반도체 소자 및 공정기술 17
오염물질들중하나는수증기, 탄화수소증기그리고 CO 2, O 2, O 3 그리고 / 또는다른휘발성가스들일수있다. 감지온도는약 295K보다낮을수있다. 오염물질이수증기인경우내부공간압력이진공일때임계압력은약 1mbar이고감지온도는 200K보다낮을수있으며, 임계압력은약 10-4 ~ 10-3 mbar 범위에서정할수있다. 이경우해당하는감지온도는약 180K이고포화압력이감지표면이나근처에서10-4 ~ 10-3 mbar 보다낮아진다. 만일내부공간에서의수증기압력이포화압력보다낮으면표면채우기정도는 1보다적다. 이런조건들에서, 흡착-탈착 (adsorption-desorption) 평형은표면채우기정도가낮다. 만일온도가포화온도에도달하면응축에의해감지기표면에서오염물질의빠른성장 ( 물에의한안개형성 ) 이일어난다. 한개층형성특성시간 τ는분자들의속도 V, 농도 n 그리고표면에붙을수있는공간의개수 n s 에의해결정된다. (2) 위에서설명한조건 (10-4 ~ 10-3 mbar의임계압력범위와모니터링표면온도가약 180K일때 ) 에서, 모니터링표면에한개의층이형성되는데는약 0.1 ~ 0.01 초정도이기때문에이정도는감지할수있다. 따라서알람을발생시켜물에의한오염으로인해장비성능이저하되는것을막을수있다. EUV 리소그라피장비내에서거울들이 EUV에노출될때물 (H 2 O) 나다른오염물질들이 EUV chamber 내부로누설 (leakage) 될때거울의손상이일어날수있다. 누설로인해손상을유발할수있는압력정도는약 10-4 ~ 10-3 mbar이다. 이런누설이발생하였을때리소그라피노광은 1초내에즉시중단되어야한다. 포토레지스터로부터의탈가스에의한오염은노광장비광학계에게는치명적이다. 이문제는탈가스유발과 OoB protection layer(out of Band Protection Layer), 즉 OoB 조사를흡수하고포토레지스터에서의탈가스를막는상당코팅물질 (topcoat material) 을이용하여해결할수있다. EUV 노광장비에서의광학계성능저하를막기위해서는 OBPL을위한두가지중요한고려가이루어져야하는데탈가스수준을매우낮게유지하여야하고포토레지스터로부터의오염을막아야한다. 탄소증착이다중층거울의수명에미치는영향 [15] EUV 리소그라피장치내의다중코팅층을갖는거울의수명은 30,000 illumination hour이다. EUV 리소그라피장치의다중층거울수명은산화 (oxidation), 탄소증착 (carbon deposition) 그리고이온스퍼터링같은몇가지메커니즘들에의해영향을받는다. 수소원자세정을이용하여거울에서탄소오염물을제거할수있다. 탄소오염은흡착된탄화수소분자들에대한 EUV 조사로인해생기는포토레지스터해리때문에발생하며탄소층들은 3단계로성장한다. 첫번째단계에서, 기체상태의탄화수소분자들이표면에흡착 ( 물리흡착 ) 된다. 두번째단계에서, 이런약한결합을하고있는탄화수소분자들이직접적인광자-해리또는간접적인광전자해리에의해화학적으로활성이강한작은분자조각들로해리된다. 세번째단계에서, 쪼개진분자조각들은표면그리고다른분자들과화학적으로반응하여비정질, 그라파이트그러나부분적으로수소결합한층을형성한다. 이층은탄화수소분자들과 EUV 조사가계속존재하는한계속적으로성장하게된다. 물리흡착된탄화수소들의표면농도는다음과같은 3 가지과정간의균형에의해결정된다. (1) 기체상태분자들의흡착, (2) 기체상태로의열탈착, (3) EUV 조사에의한해리이다. 탄화수소의광자유발해리단면적은탄소와수소원자들의전체흡착단면적과같다. 탄화수소분자들의경우구성원자들이많아지면더하기만하면된다. 2차전자에의한탄화수소해리단면적은 σ SE ~ 10-12 m 2 이다. 탄소막의밀도는 ρ = 1125 kg/ m 3 로추정되는데이는그라파이트의밀도 ρ = 2200 kg/m 3 보다작다. 탈착 (desorption) 과정은잔류시간에의해결정된다. Ru(001) 표면에대한 alkanes C n H 2n+2 의잔류시간은열탈착측정법으로얻을수있다. 예를들어 alkanes C n H 2n+2 들의경우, 몰당탈착에너지는해당분자의 chain 길이에따라선형적으로증가된다고알려져있다. [Table 1] Thermal desorption parameters for alkanes C n H 2n+2 [15] Surface E(kJ/mol) ΔE CH (kj/mol/ch) ν0(s -1 ) Ruthenium 28 5.8 10 15.3 Graphite 27.2 7.5 10 19.6 18
EUV Lithography를 위한 진공 기술 [Table 2] Simulation parameters for alkanes CnH2n+2[15] pressure)는 낮아진다. 따라서, 중간 정도의 질량(n Residence time (S) Dissociation crosssection (m2) Maximum surface coverage (atoms/m2) 1)을 갖는 탄화수소들이 EUV 리소그라피 장치의 다중 n Desorption energy (kj/mol) 1 33.8 3.9 10-10 6.72 10-23 1.21 10+19 39.6 4.0 10-22 1.29 10 7.99 10+18 배기 과정 중 수증기 응결이 유발하는 입자 오염 2-09 3 45.4 4.1 10-08 1.92 10-22 6.19 10+18 4 51.2 4.1 10-07 2.54 10-22 5.15 10+18 5 57.0 4.2 10-06 3.16 10-22 4.46 10+18 6 62.8 4.4 10-05 3.79 10-22 3.96 10+18 7 68.6 4.5 10-04 4.41 10-22 3.58 10+18 이퍼를 반입/반출하게 된다. EUV 리소그라피 장비의 8 74.4 4.6 10-03 5.03 10-22 3.28 10+18 단위 시간당 생산량을 증대시키기 위해서는 loadlock 80.2-02 -22 +18 chamber를 대기압에서 특정한 진공도까지 압력을 낮추 +18 9 4.7 10 5.66 10 3.04 10 층 거울에 대한 탄소 오염의 주요 요인이다. EUV 리소그라피 장비 내부가 오염되는 것을 막기 위 해 장비 내부가 직접적으로 대기에 노출되지 않도록 loadlock chamber를 통해 포토레지스터가 도포된 웨 10 86.0 4.8 10 6.28 10 2.83 10 는 시간은 짧을수록 유리하다. 웨이퍼 반입/반출 과정에 11 91.8 4.9 10-00 6.90 10-22 2.66 10+18 서 특정한 상대습도(RH)를 유지하고 있는 청정실(clean 12 97.6 5.0 10+01 7.52 10-22 2.51 10+18 room) 공기가 loadlock chamber로 유입되고 수증기 13 103.4 5.1 10+02 8.15 10-22 2.38 10+18 가 같이 유입된다. 그러나 짧은 시간 내에 배기 과정을 14 109.2 5.3 10+03 8.77 10-22 2.27 10+18 15 115.0 5.4 10+04 9.39 10-22 2.17 10+18 16 120.8 5.5 10+05 1.00 10-21 2.08 10+18 17 132.4 5.8 10+07 1.13 10-21 1.92 10+18 19 138.2 5.9 10+08 1.19 10-21 1.86 10+18 20 144.0 6.1 10+09 1.25 10-21 1.79 10+18-02 -22 진행하게 되며 이렇게 유입된 수증기가 포함된 청정실 공기의 단열 팽창으로 인하여 loadlock chamber 내부 의 기체 온도가 낮아지고 이로 인하여 포함되어 있던 수 증기가 응결(condensation)되면서 연무가 발생하게 된 다. 그림 6 (A)는 chamber 내부를 들여다 볼 수 있도록 낮은 압력에서 탄소 두께는 압력이 비례하는데 그 이 시창(sight glass)으로 덮고 오른쪽에 밸브를 장착하여 유는 성장율이 기체 상태에서 탄화 수소들이 유입되 닫은 상태에서 진공 펌프는 가동 중인 상태를 나타내고 는 것에 의해 결정되기 때문이다. 압력이 증가되면 포 있다. 즉 chamber 내부는 대기압 상태이고 밸브 아래 화가 일어나고 성장율은 EUV 광자들의 유입량에 의해 는 진공 펌프에 의해 진공 상태를 유지하고 있다. 결정된다. 탄소 두께는 열탈착 때문에 각각의 alkane 밸브를 열기 전에는 그림 6 (A)에서 볼 수 있듯이 들에 따라 달라진다. 질량이 작은 alkane들은 탈착율 (desorption rate)은 매우 빨라 해당 분자들의 표면 덮 기(surface coverage)는 낮기 때문에 성장율도 낮다. 성장율은 alkane 질량이 커질수록 증가되지만 해당 시 스템에서 탈착 시간이 가장 느린 시간인 경우에는 더 이 상 증가되지 않는다. EUV 리소그라피 장비의 다중층 거울에 대한 탄소 오 염은 질량이 작은 탄화수소들에 의해 일어나는 것이 아 닌데 그 이유는 성장율이 빠른 탈착율에 의해 결정되 기 때문이다. 질량이 큰 탄화수소들의 경우, 성장율은 다중층 거울에 흡착되는 율(adsorption rate)에 의해 결정된다. 가장 질량이 많이 나가는 탄화 수소들은 용 기 벽면에 그대로 붙어 있게 되고 이로 인하여 용기 내 에서 질량이 큰 탄화 수소의 배경 압력(background [Fig. 6] Water vapor condensation during fast pumpdown(edwards Korea Ltd.) 특집 _ 반도체 소자 및 공정기술 19
chamber 내부가매우맑고선명한상태를유지하고있으나밸브를열게되면, 즉그림 6 (B), 그림 6(C), 그림 6(D) 는그림 6 (A) 에비해 chamber 내부가흐리고연무가발생한것을볼수있다. 이과정에서발생한연무는 chamber 내부온도가떨어지는경우 chamber 외부에서전달되는열에너지에의해다시온도가상승하여배기시작단계의온도로돌아가기때문에그림 6(E) 처럼서서히사라지게된다. 비록온도가다시상승하여연무가사라지더라도연무가발생하는과정에서이미수증기응결로형성된물방울그리고 / 또는수증기응결의핵자 (nuclei) 로작용하는미세한입자들로인하여웨이퍼가오염되어버리기때문에결국은입자오염문제가발생한다. 이문제를해결하기위해사용되는여러가지방법들중진공배기속력을줄이는 slow pumping을하게되는데이는 EUV 리소그라피장비의생산성을떨어뜨리는요인으로작용하게된다. 정리앞에서설명하였듯이현재반도체산업에있어가장중요한기술인 EUV 리소그라피를구현하기위해서는다양한기술들이필요하고많은문제들을해결하여야한다. 진공관련된문제도그중하나임에도불구하고 EUV 리소그라피에종사하는수많은사람들대부분이진공관련된문제의근본적인원인을이해하기보다는성능좋은진공펌프가있으면해결될것이라는생각을바탕으로간과하는경향이있다. 진공을형성 / 유지하고자시도했던, 특히고진공형성 / 유지를해보았던사람들은그것이얼마나어려운기술인지잘알고있다. 따라서진공기술에대한기초적인연구와함께경험많은인력을양성하는것이매우중요하다는것을인식하고실천하여야한다. References [1] EUV Stimulated Photo-Resist Outgassing, 4th International EUVL Symposium, San Diego, USA(7-9 Nov 2005), Anthony Keen, Carolyn Hughes, BOC Edwards [2] Opportunities for optimizing vacuum and abatement systems for Extreme Ultra Violet Lithography, 2010 International Symposium on Extreme Ultra Violet Lithography, October 17-20, 2010, Kobe, Japan, Christopher Bailey, Neil Condon, Jos Donders, and Anthony Keen, Edwards Ltd. Manor Road, Crawley, West Sussex, RH10 9LW, UK [3] Realistic method to quantify risks of resist outgassing, A Van de Runstraat, A.M.C.P.de Jong, A.G.T.M. Bastein [4] Quantitative Measurement of EUV Resist Outgassing, Gregory Denbeaux, Rashi Garg, Justin Waterman, Yu-Jen Fan, Robert Brainard, Chimaobi Mbanaso, Kim Dean, College of Nanoscale Science and Engineering, University at Albany and SEMATECH, Austin, TX. [5] Optics contamination in extreme ultraviolet lithography, Shannon B. Hill, N. Faradzhev, L.J. Richter, C. Tarrio, S. Grantham, R. Vest and T. Lucatorto, NIST [6] Technical Note : Concepts for protection of EUVL masks from particle contamination, Christof Asbach, Heinze Fissan, Jung Yyeun Kim, Se-Jin Yook, and David Y. H. Pui, Journal of Nanoparticle Research(2006) 8 : 705-708 [7] EUV Lithography Vacuum Challenges, Paul A. Blackborow and Carolyn Hughes [8] EUV Resist Outgassing Studies in SELETE, Julius J. Santillan, Shinji Kobayashi and Toshiro Itani, 29th October 2007, EUVL Symposium 2007 [9] Extreme Ultraviolet Resist Outgassing and Its Effect on Nearby Optics, Rashi Garg, 2008 International Workshop on EUV Lithography [10] Update on EUV outgassing IMEC Investigation of outgassing and contamination in multilayer scheme, I. Pollentier [11] Resist-outgas testing and EUV optics contamination at NIST, Shannon Hill, Nadir Faradzhev, Charles Tarrio, Steve Grantham, Lee Richter and Tom Lucatorto, NIST, 2012 International Workshop on EUVL, Maui, HI [12] Development of core technologies on EUV mask and resist for sub 20nm half pitch generation, Soichi Inoue, Tsuyoshi Amano, Toshiro Itani, Hidehiro Watanbe, Ichiro Mori, Takeo Watanabe, Hiroo Kinoshita, Hiroki Miyai and Masshiro Hatekeyama, Adv. Opt. Techn, 2012 ; 1(4): 269-278 [13] New approach for reducing the Out of Band effect and outgassing by applying top coat materials, Nissan Chemical Industries, ltd., 2013 International Workshop on EUV Lithography, in Maui [14] Apparatus and Method for Measuring the Outgassing and EUV Lithography Apparatus, Dieter Kraus, Dirk Heinrich Ehm, Theodoor Bastiaan Wolschrijn, Johannes Hubertus Josephina Moors, Carl Zeiss SMT AG and AMSL Netherlands B.V. [15] Radiation-generated Plasmas A Challenge in Modern Lithography, Marc Hubertus Lorenz, Van der Velden, Eindhoven, Technishce Universiteit Eindhoven, 2008 20