광학적/열적 특성 평가를 통한 ZrSi2 기반 펠리클 적용 가능성 검증

Abstract

극자외선 (extreme ultraviolet, EUV) 노광 공정에서 마스크 보호를 위해 적용되는 EUV 펠리클은 공정의 생산성 저하를 최소화하기 위해 높은 EUV 투과도와 낮은 EUV 반사도가 필수적이다. 또한, EUV source power가 점차 높아짐에 따라 high power EUV source에도 대응 가능한 열적 안정성 역시 중요한 문제로 부각되고 있다. 본 논문에서는 지르코늄 규화물 (ZrSi2)을 포함한 EUV 펠리클을 제작하고, 광학적/열적 특성 평가를 통해 EUV 펠리클로의 적용 가능성을 검증하였다. ZrSi2 기반 펠리클을 제작하기 위해 질화규소 (SiNx) 멤브레인을 제작한 다음 co-sputtering 공정을 통해 SiNx 멤브레인 위에 ZrSi2 층을 증착했다. ZrSi2/SiNx 복합구조체 펠리클의 EUV 투과도 및 반사도는 EUV 광원이 탑재된 coherent scattering microscope (CSM)을 통해 측정하였다. 또한, 355 nm 파장의 UV laser가 탑재된 heat load tester를 통해 스캐너 내부와 유사한 환경에서 박막이 흡수하는 열적 하중에 대한 박막 표면 온도를 측정하여 펠리클의 열적 특성을 평가하였다. EUV 펠리클 소재의 열 방사율은 열적 특성 평가 결과를 기반으로 ABAQUS 시뮬레이션 툴을 통해 도출하였다. 광학적 특성 평가 결과, 10 nm ZrSi2/34 nm SiNx 복합구조체 펠리클의 EUV 투과도는 82%로 측정되었다. SiNx, ZrSi2박막의 두께 제어를 통해 88% 이상으로 개선할 수 있다. EUV 반사도는 0.016%로 측정되어 펠리클의 반사도 조건을 충족한다. ZrSi2 10 nm-40 nm 두께에 따른 열적 특성 평가 결과 열 방사율은 각 두께에서 0.18-0.29로 계산되었으며 두께가 증가할수록 열 방사율이 증가하는 경향성을 확인하였다. 가장 높은 열 방사율을 갖는 40 nm ZrSi2 복합구조체 펠리클은 0.9 W/cm2 열적 하중에 대해 약 600℃의 온도가 측정되었다. 해당 결과를 토대로 뛰어난 열 방사율을 가지는 ZrSi2 기반 펠리클은 EUV 투과도 개선 시 375 W EUV source에 대응 가능할 것으로 판단된다. 이로부터 ZrSi2 펠리클의 적용 가능성을 검증하였다. |To boost the productivity of extreme ultraviolet (EUV) lithography, the development of an EUV pellicle that not only has excellent optical properties such as high EUV transmittance and low reflectance but also can withstand high-power EUV light sources is in progress. In this paper, zirconium silicide (ZrSi2)-based pellicles were fabricated and optical and thermal properties were evaluated to verify their applicability to EUV pellicle materials. ZrSi2 composite pellicle was fabricated by depositing ZrSi2 on a silicon nitride (SiNx) free-standing membrane. The heat load test that emulates EUV exposure conditions was performed to evaluate the thermal properties. The optical and mechanical properties were evaluated by an EUV microscope and bulge test, respectively. As a result of the thermal load test, the emissivity of ZrSi2 was measured to be 0.18-0.29 at a ZrSi2 thickness of 10-40 nm, and the emissivity increased as the thickness increased. The ZrSi2-based pellicle of Si/ZrSi2/SiNx structure meets optical requirements with EUV transmittance and EUV reflectance of 92.7% and 0.00184%, respectively. From these results, it is expected that ZrSi2 can be used as an EUV pellicle material.