[포토 공정] EUV

초미세공정이 되면서 멀티 패터닝 공정으로도 더이상 효율이 나오지 않음 => 새로운 광원의 활용!!!

 

-EUV: 13.5nm

1. 장점: Scaling Down의 끝판왕- 단파장의 고에너지 광원. 초미세 공정이 가능 (10nm미만 공정 가능).

기존 공정보다 적은 횟수의 공정 단계로 패터닝이 가능- QPT 대체 기술. Mask 제작 비용 감소

2. 단점: 빛 흡수 이슈 해결 필요(주위 설비, Mask, Lens, 산소와 이산화탄소 등에 흡수) ->진공 상태,

빛의 효율이 낮아 생산성 낮음, 양산 어려움. 공정 난이도가 매우 높고, 비싸고, 느림.

3. 특징: EUV Mask는 일반 Mask와 달리 반사형 렌즈와 거울 이용. 반사율을 위한 다층 구성. (반사각 중요!),

4. 광원 형성

플라즈마를 발생시켜 광원을 만듦. – 이때 발생하는 Sputtering된 입자가 Mask를 손상시키지 않도록 해야함.

+DPP (Discharge Produced Plasma): 대 전류 펄스를 흘려 Plasma 발생.

+LPP (Laser Produced Plasma): 높은 에너지의 CO2 Laser가 특정 물질(주석, Sn)과 반응해 Plasma 발생

LPP

5. PR-PR Issue-패턴이 10nm면 PR의 두께는 20nm가 한계…

고해상도, 고감도(=적은 양의 에너지로 반응함, 커지면 시간이 증가함) PR 필요-변수가 많아 어려움

화학증폭형 PR 효율이 낮음. DUV의 경우 Acid 가 Exposure 즉시 발생했다면,

EUV는 Resin의 2차 전자 생성이라는 전 단계가 있어 효율이 낮음. 즉, 반응성이 낮음.

얇아지면서 Etch resistance 문제도 중요해짐.

또한, 고에너지의 EUV 광원은 PR을 반응시켜 Gas를 발생시킬 수 있음.

PR 고찰: RLS Trade Off 관계인 Resolution과 Sensitivity(단위: mJ/cm2), LWR의 최적화

 (모두 작아야 좋아짐)

++LWR (Low Width Roughness) (=LER (Low Edge Roughness)) : 패턴 라인의 거칠기 값,

Photon의 수가 적을수록(감도가 낮아질수록(=좋아질수록) 커짐) (울퉁불퉁 해짐=PR Profile이 안 좋아짐).

->추가설명: KrF와 EUV를 같은 양의 빛을 준다고 할 때, 상대적으로 작은 에너지인 KrF는 대부분의 빛을 사용하지만, 큰 에너지인 EUV는 적은 양의 빛으로도 쉽게 Resist Threshold Energy에 도달해 LWR이 커짐.

즉, 적은 에너지로 패터닝 가능하다는 것을 의미하며 이는 민감도가 낮아질수록 LWR도 낮아진다고 할 수 있음.

LWR

++ Sensitivity가 작아야 좋은 이유 (가장 중요함)

PR A의 Sensitivity가 10mJ/cm2이고, PR B의 Sensitivity가 30mJ/cm2일 때 외부에서 가해지는 에너지가 초당 5mJ/cm2로 주어진다면 반응하기까지 PR A는 2초, PR B는 6초가 걸림. 따라서 시간 및 에너지와 관련해 Sensitivity는 작을수록 좋음.

=> 최신 트렌드: 유기물 PR이 아닌 무기물 PR은 어떨까?

공통점: 유기물이 없는 것이 아니라 무기물을 유기물이 둘러싸고 있는 형태인데, 무기물은 EUV(광원, 빛)와 반응하면서 주변 유기물을 날리고, 자기들끼리 엉키면서 굳음. (Negative Type), 금속이니까 Etch Resistance도 좋음.

1. 무기나노클러스터 Resist- 인프리아: 액체상태(코팅력 우수)

2. Dry Resist- 램리서치: 액체로 진행하는 것이 아니기 때문에 Gas 처리비용, Solvent 문제, 표면장력 문제 해결 가능.

기존처럼 하는 것이 아니라 CVD를 이용해서 하는 방법

고감도 PR이 필요한 이유

6. 왜 EUV를 써야 하는가?

-QPT, FinFET, GAA 공정 등 미세화를 위해 다양한 기술이 사용되면서 공정단계가 늘어나고, 시간이 길어지면서 단가가 증가해 원가절감을 위해 미세화를 하는 이유가 없어졌기 때문입니다. 이를 위해 다시 가격경쟁률을 갖추기 위해선 EUV가 필요합니다.

 

7. 마스크(Mask) 재료: Blank Mask(Ru(루테늄) Base Capping layer, Ta(탄탈륨) absorption layer(=Protection Layer)), EUV에서는 반사형 사용

기존 마스크와 EUV 마스크의 차이

EUV에서 반사형을 사용하는 이유

투과형의 경우 흡수율이 높음. 작은 흡수율의 Cr(크롬)은 제대로 패턴을 형성하지 못함. 이를 해결하기 위해 반사형 MultiLayer 구조로 Mask 형성

++Si/MO MultiLayer Bragg 반사경(=EUV Mask) (약 40~50층, 250~350nm, 층당 6~7nm) 약 6인치

Fresnel Equation에 따라 반사율을 올려주기 위해 만들어진 구조.

주기가 많다고 꼭 확률이 올라가는 것은 아님

(Bragg`s Law에 따라 보강간섭이 되어 상쇄 없이 반사되도록 하는 것이 중요!)

+Fresnel Equation (프레넬 반사법칙):

경계면에 특정 각도로 빛이 입사되면 투과율과 반사율이 결정이 된다는 법칙.

+EUV Mask 3D Effect: EUV는 약 6도 기울여서 입사되는데 이때 3D 구조이기 때문에 Shadowing Effect와 이미징 수차가 발생

-최소화를 위한 방법

1. 더 얇은 탄탈(Ta) 계열 흡수체 개발 – 5nm이하 공정에서 어려울 것으로 예상. 현재 55nm 두께가 한계

2. 새로운 흡수체 - 5nm이하 공정을 위한 새로운 흡수체가 필요함. Co/Ni(Etching 어려움) 등 연구 중

3. 새로운 Mask 재료 – 높은 반사율을 위한 재료 필요, Ru/Si 등…

4. High-NA EUV 기술 적용 – 커질수록 미세한 패턴 가능, 즉 반사경을 크게 만드는 것.

배치가 상당히 복잡해 Performance문제 해결이 필요(무작정 키울 수는 없음). 이는 간섭된 영역을 만듦

5. 광 입사각을 6에서 9로? – Mask 3D Effect 심화

6. 배율 축소를 1/4에서 1/8로? – Throughput 감소

7. 마스크 크기를 6인치에서 12인치로? – 마스크 생태계를 갈아 엎어야 함

=>아나모픽(Anamorphic) 기술로 해결!

원 모양의 빛을 가로모양으로 길게 나눈 타원형의 빛을 사용하는 방법.

빛의 양은 줄어들지만 간섭되는 부분을 없애면서 Mask 3D Effect를 감소.

이는 회로를 형성하기 위해 2번의 Exposure이 필요해 Throughput 이 감소. But. 배율 축소 보다 양호.

이를 해결하기 위해 ASML은 속도를 높이기 위해 노력 중. 

기존 방법

아나모픽 방법

 

Reticle: 설계 도면(Pattern)을 포함한 Photo Mask -액정보호필름, 쿼츠 유리판, 크롬(Cr)코팅

 

Pellicle(펠리클): 빛 투과율이 높은 특수 소재로 만들어진 얇은 고분자 기능성 막(소모성), 오염 입자가 Mask에 떨어지는 것을 막아 줌. 생산성이 떨어지지만 수율이 올라가고 마스크 세척 주기가 줄고 수명이 늘어남. EUV에서 매우 중요함. 고가.

++펠리클이 EUV에서 중요한 이유

1) 빛이 두 번 투과되기 떄문에 투과율이 더 좋아야 함.

예를 들어 투과율이 90%의 펠리클은 EUV에서 두 번 통과하기 때문에

0.9×0.9=0.81, 81%의 투과율을 가짐.

현재 삼성전자 88%달성, 에스엔에스텍(협력사) 91% 달성, ASML 95%목표

2) 열적 특성이 우수해야 함. EUV 빛은 주변에 매우 잘 흡수되어 열에너지로 바뀌는데

이때, 펠리클의 온도가 600~1200도까지 가열 후 냉각되기 때문에 열적 특성이 우수해야 함.

낮은 열팽창 계수 필요. 4~6ppm/K 미만(*ppm(Percent Per million: 1×10-6)

3) 기계 및 화학 특성이 좋아야 함. 얇기 때문에 외부 충격에 쉽게 손상될 수 있음(빛이 고에너지이기 때문).

Mask 이동시 손상이 있을 수 있으므로 기계적 특성이 좋아야 함.

Pellicle (펠리클)