반도체 공정 [7] 포토 공정(Photolithography) (3) 포토 공정 분해능 향상 기술(RET)

2025.02.11 - [분류 전체보기] - 반도체 공정 [6] 포토 공정(photolithography) (2) 노광(exposure) 공정

반도체 공정 [6] 포토 공정(photolithography) (2) 노광(exposure) 공정

 

포토 공정 분해능 향상 기술(RET, Resolution Enhancement Technology)

 

 소자의 미세화로 ArF 스캐너는 광원의 파장 길이(193nm)보다 짧은 이미지를 구현해와야 했다. 따라서, 다양한 분해능 향상 기술을 통해 파장 길이의 한계를 극복해 왔다. 빛을 포함한 모든 파동은 좁은 간극을 통과하면 회절이 발생하고, 회절된 파동이 서로 간섭을 일으켜 원래의 마스크 패턴과 다르게 왜곡되어 전사되는데, 이러한 현상은 패턴의 크기가 작을 수록 더 심해지기 때문에 이를 극복하기 위해 노력해야한다.

 

 해상도를 높이기 위해 사용하는 방법 중 하나로 1)렌즈 주변 매질의 굴절률을 높인 후 NA 값을 높이는 것인데, 만일 물속에서 노광 공정을 진행하게 된다면 NA값이 커지게 된다. 이런 방식을 사용하는 것이 ArF 액침 기술로, 실제로는 장비 전체를 액체 속에 담그지는 않고, 렌즈와 웨이퍼 사이의 간극만 액체를 치워 동일한 효과를 얻는 방식이다. PR 성분이 용해되지 않아야 하기 때문에 이때 간극에 채우는 액체는 DI Water이다. 또한, 웨이퍼 표면의 오염을 방지하기 위해서 한쪽에서 물을 공금하고, 다른 한쪽에서는 그 물을 회수하는 방식으로 청결도를 유지한다.

 

 두번째로는 공정 factor인 k1을 작게하는 것이다. 감광제 자체의 노광특성, 현상특성을 개선하는 것과 더불어 비등축조명(OAI)과 근접효과보정(OPC), 위상 변위마스크(PSM) 등의 방법이 주로 사용된다.

 

- 비등축조명(OAI, off- axis-illumination)
: 빛을 웨이퍼에 수직으로 조사하는 대신, 특정 각도로 빛을 입사시켜 해상도를 향상시키는 기술  
ex. Annular Illumination (환형 조명), Quadrupole Illumination (사중극 조명)

- 근접효과보정(OPC, optical Proximinity Correction)
: 포토마스크 상의 패턴과 실제 웨이퍼에 형성되는 패턴 사이의 차이를 보정하는 기술
ex. SRAF (Sub-Resolution Assist Features, 서브해상도 보조 패턴), Serif (곡선 보정)

- 위상 변위마스크(PSM, Phase Shift Mask)
: 광원의 일부 영역에서 위상을 180° 변위시켜 회절 효과를 제어하고 해상도를 높이는 기술
ex. Alternating PSM (교대형 위상 변위 마스크), Attenuated PSM (감쇠형 위상 변위 마스크)

 

 

 

비등축조명(OAI)

 

 수직입사된 빛의 경우 Pitch가 작은 마스크 패턴에서 0차항보다 크게 회절된 빛은 렌즈를 통해 집광되지 않기 때문에 이미지 형성에 기여하지 못하는데, 웨이퍼에 수직이 아닌 각도를 가진 채 입사를 하게 되면 0차항 뿐 아니라 -1차항의 빛까지 렌즈로 집속시켜 정확한 상을 맺을 수 있게 하는 기술이다. 회절된 빛의 성분을 효과적으로 활용하여 작은 패턴도 더 선명하게 구현할 수 있도록 돕는 방식이다.

 

 

위상변위마스크(PSM)

 

 마스크를 통과한 빛의 세기 뿐만 아니라 위상도 조절하여 웨이퍼 상에 잘못된 회절 이미지를 상쇄 간섭의 원리를 통해 없애는 방법이다. 이때 위상 차이가 180도가 되게 만들어 상쇄를 시켜 해상도가 높아지게 되는 것이며, 효과적인 방법이지만, 위상차이 최적화의 어려움과 높은 마스크 제작 단가의 문제로 보편적으로 사용되는 방법은 아니다.

 

 

 광학 근접효과 보정(OPC)

 

 가장 많이 사용되는 방법으로, 빛의 회절에 의해 다르게 웨이퍼 상에 전사되는 것을 반영해 마스크 패턴 모양을 미리 변형시키는 방식이다.

 

출처: 삼성 반도체 뉴스룸

 

 

 

 

참고하면 좋을 자료이다.

https://news.samsungsemiconductor.com/kr/%EC%9B%A8%EC%9D%B4%ED%8D%BCmm-%EC%9C%84%EC%97%90-%EA%B7%B8%EB%A6%AC%EB%8A%94-%EB%B0%91%EA%B7%B8%EB%A6%BCnm-part-1/

웨이퍼(mm) 위에 그리는 밑그림(nm). Part 1 -삼성전자 파운드리 사업부의 EUV Minimum Pitch Single Patterning