6. Photo 공정의 개선(1) (원리와 설비 개선)

(1) 회절현상

 : 빛이나 소리와 같은 파동이 장애물이 있을 때 직진하지 않고 휘어서 도달하는 현상.

회절현상 (출처: https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=qjqh159&logNo=220642717859&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F)

* photo공정은 빛을 mask의 좁은 틈 사이로 통과시켜야 함 → 회절현상 발생

 → 빛의 퍼짐을 최소화해야 패턴의 정확성↑

 

but, 회절현상 특징

1. 통과하는 틈이 작을수록 회절이 심해짐.
2. 파동의 파장이 클수록 회절이 심해짐.
   
   

회절현상의 특징 (출처: https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=toshizo&logNo=220689544587&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F)

→ photo공정이 더욱 미세한 공정을 구현하기 위해서는 더욱 짧은 파장의 광원이 필요하다.

 

(2) resolution과 DOF(depth of focus)

1) resolution

 : 두 개의 인접한 패턴을 노광으로 구현할 수 있는 최소 거리

 = resolution 값이 작을수록 패턴 간격을 더욱 촘촘하게 만들 수 있다.

 = resolution 값이 작을수록 좋다(∵집적도↑).

 

2) DOF

 : 목표하는 resolution을 갖추기 위해 허용 가능한 렌즈의 수직 정렬오차의 한계 척도

 =렌즈의 상하이동 마진. 초점을 맞추는 난이도.

 = DOF 값이 클수록 좋다(∵양산성↑).

 

but,

resolution 값

depth of focus 값

NA(numerical aperture) 값

resolution 값과 DOF 값은 모두 파장에 비례하고, 굴절률에 반비례한다.

하지만 resolution 값은 작을수록 좋고, DOF 값은 클수록 좋기 때문에 서로 trade-off 관계이다.

 → DOF 값이 NA의 제곱에 반비례하기 때문에 굴절률을 높이는 방법보다는 광원의 파장을 줄이는 기술이 더 중요하다.

 

(3) Photo 설비의 발전

 1) 파장을 줄이는 방법

  G-line(436nm) -> I-line(365nm) -> KrF(243nm) -> ArF(193nm) -> EUV(13.5nm)

 

*EUV장비의 경우: 파장이 너무 짧아서 광 에너지를 높이기 어려움 -> 생산성↓

 - 짧은 파장의 빛이 공기나 CO2에 흡수 -> 높은 수준의 진공.

 - 렌즈에도 광원이 흡수 -> 특수 반사경 이용.

 - 마스크나 PR 소재와 재질 변경.

 

 2) 굴절률을 높이는 방법

*Immersion ArF

immersion ArF lithography의 모식도 (출처: https://www.cheric.org/proceeding_disk/kiche2004f/O2922.pdf)

 - 기존 ArF photo 공정에 액체(물)를 이용하여 굴절률↑ (공기의 굴절률=1, 물의 굴절률=1.44)

 - 렌즈와 wafer 사이에 물을 채우는 방식.

 - 기존의 photo장비로 구현 가능.

 - 물을 이용함으로써 wafer 오염이 증가 -> 생산성↓

 

 

 

 

<참고문헌> 이창훈, 반도체 소소제공, 더인 출판사, 2019, pp.135-141.