3. 인젝션 락 방식의 과제

기존의 인젝션 락 방식은 공간적 간섭성의 증가에 따른 웨이퍼면 상의 스페클(Speckle) 발생 가능성과 증폭된 자연 방출광(ASE)에 의한 해상도의 성능 저하 가능성이 지적되고 있어 실현화를 방해하고 있었습니다. 본 장에서는 당사의 기가 트윈 플랫폼에서 상기의 과제를 극복한 내용에 대해 설명합니다.

기존의 인젝션 락 방식(앰프 측)

그림3 기존의 인젝션 락 방식(앰프 측)

공간적 간섭성의 계측 결과

그림4 공간적 간섭성의 계측 결과

공간적 간섭성 저감화 기술
레이저광의 공간적 간섭성이란 레이저 빔면 내의 위상의 우열을 정의한 것입니다. 리소그래피용으로는 공간적 간섭성이 낮은 것이 적합합니다. 이것은 레이저 빔이 노광장치의 조명계에서 균일한 조도 분포를 가진 빔으로 정형될 때 같은 위상을 가진 빛이 상호 간섭을 일으켜 반점(스페클)이 생기기 때문입니다. 스페클은 웨이퍼면 상에서 점재하여 나타나므로, 부분적으로 크고 작은 노광량을 발생시켜 노광 패턴의 크기(CD)를 변화시킵니다.

기존의 인젝션 락 방식에서는 앰프 측 체임버의 증폭 효율이 높으므로, 협대역화 체임버의 출력을 최저한으로 억제할 수 있어 빔의 크기를 수 mm까지 좁힙니다. 좁혀진 시드 광(seed light)은 거의 균일한 공간적인 위상을 가집니다. 그림3에 기존 방식으로 앰프 측 체임버에 빔을 도입하는 방법을 표시합니다만, 좁혀진 시드 광(seed light)은 작은 구멍을 통해 앰프 체임버 내에서 빔을 서서히 확대하면서 출력을 증가시킵니다. 따라서 최종적으로 얻어진 빔은 시드 광이 가진 균일한 위상을 이어받아 공간적 간섭성이 높아집니다.

공간적 간섭성을 저감하기 위해, 기가 트윈 플랫폼에서는 협대역화 체임버의 시드 광을 좁히지 않으면서, 동시에 앰프 체임버에서 높은 증폭을 실시하기 위한 전용 광학계를 개발했습니다. 적용된 기술은 기존의 방식보다 협대역화 체임버의 출력을 올려 빔의 크기를 최적화했습니다. 그림4에는 기존의 인젝션 락 방식, 당사에서 개발한 방식 및 싱글 체임버 방식으로 계측된 공간적 간섭성의 측정 결과를 표시하고 있습니다. 가로축은 빔면 내의 거리를, 세로축은 간섭성(coherency)을 나타냅니다. 간섭성이 클수록 공간적 간섭성은 높아집니다. 이 결과는 당사가 개발한 전용 광학계에서는 기존의 인젝션 락 방식보다 몇 십 배 낮은 공간적 간섭성이 실현되고 있으며, 동시에 싱글 체임버 방식보다도 개선되어 있다는 것을 나타내고 있습니다.

ASE의 계산 결과

그림5 ASE의 계산 결과

ASE 저감 기술
레이저광의 ASE란 증폭된 자연 방출광을 의미합니다. 자연 방출광은 체임버 내의 방전과 동일한 타이밍에 발생하며, 미약하고 광역적인 스펙트럼을 가진 빛을 말합니다. 원래라면 광공진기 속 빛의 왕복 과정에서 주가 되는 좁은 스펙트럼과 뒤섞여 계측 자체도 할 수 없는 수준으로 저하됩니다. 리소그래피는 이 미약하고 넓은 스펙트럼 성분이 렌즈의 색수차 영향에 따라 노광 패턴에 영향을 미친다고 합니다.

기존의 인젝션 락 방식에서 ASE가 과제로 생각되었던 이유는 시드 광이 도입되지 않은 상태에서 앰프 측 체임버만 동작한 경우, 넓은 스펙트럼 성분이 발생할 가능성이 있었기 때문입니다. 이 과제는 인젝션 락 방식뿐만 아니라 MOPA 및 싱글 체임버 방식에서도 같습니다.

기가 트윈 플랫폼 개발에서는 실제 ASE를 계측하는 방법을 개발하여 정량화하는 데 성공했습니다. 또한 실제 데이터를 바탕으로 저감화 기술을 개발했습니다. 그 결과, ASE의 양을 좌우하는 것은 시드 광의 광량이 지배적이라는 것을 밝혀냈습니다.

그림5에 시드 광의 광량을 변화시키고, 동시에 앰프 체임버에 도입되는 타이밍을 변화시켰을 때 ASE량의 계측 결과를 표시합니다. 붉은색 선의 데이터(Low injection)는 가능한 한 시드 광의 광량을 좁힌 경우로, 기존 인젝션 락 방식의 시드 광의 광량을 모의(시뮬레이션)하고 있습니다. 관측된 ASE는 출력 전체의 1% 수준으로, 실제 노광 패턴에도 영향이 나타날 가능성이 있는 양이었습니다. 한편, 시드 광의 광량을 올린 Middle injection, High injection에서는 0.01% 이하까지 ASE량이 저감되어 있는 것을 알 수 있습니다. 이 결과는 이미 실적이 있는 싱글 체임버 시스템과 동등하거나 그 이하로, 노광 패턴에도 전혀 영향을 미치지 않는 수준이었습니다.