실리콘 질화막을 이용한 대면적 극자외선 펠리클 멤브레인 제작 및 특성평가

Abstract

극자외선 노광 공정 기술 (Extreme Ultraviolet Lithography: EUVL) 은 13.5 nm의 파장을 사용하여 7 nm 이하 선폭을 구현시켜 반도체 양산 공정에 적용 될 가능성이 가장 높은 차세대 반도체 생산기술로 평가 받고 있다. 극자외선 노광 공정의 수율을 확보하기 위해서는 전사하고자 하는 패턴의 정보를 담은 마스크를 오염원으로부터 보호하는 것이 필요하다. 이에 대한 해결책으로 극박막으로 이루어진 EUVL용 펠리클 (Pellicle)이 제시되었다. 본 연구에서는 안정적인 EUV 펠리클을 제작하기 위해, 박막의 잔류 응력(Residual stress)이 조절된 SiNx 박막을 이용하였다. SiNx 박막은 우수한 기계적 특성을 가질 뿐 아니라, 조성비 조절을 통해서 박막의 주름(Wrinkle)을 최소화하여 균일한 광학적 특성을 가진다. 더불어, 펠리클 박막의 처짐에 의한 파괴를 방지 할 수 있는 장점도 있다. 110 mm x 144 mm 크기의 EUV용 펠리클을 제작하기 위해선 8인치 실리콘 웨이퍼(8 inch double polished wafer)를 이용하였으며, 습식 식각(Wet etching)을 이용하여 박막을 형성하기 때문에 <100> 결정방향성(Crystal orientation)을 갖는 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. 양면에 SiNx 증착, 후면 패터닝 이후, Reactive Ion Etching (RIE) 을 이용하여 한 면의 SiNx만을 펠리클 멤브레인 면적만큼 식각하였다. 이후 물중탕 시스템을 도입한 KOH wet etching system을 이용하여 Si를 습식 식각을 진행하였다. 습식식각 공정에서 문제가 되었던 hydrogen bubble은 홀더의 재질의 변경, 온도의 단계적 조절의 방법으로 해결하였다. 세정은 모세관 현상으로 인한 박막 파괴를 고려하여 미스트 세정 방법을 택하여 진행하여 대면적으로 40 nm 두께 SiNx 멤브레인을 제작하였다. 이 후 제작된 EUVL 용 펠리클의 특성평가를 진행하였다. 펠리클 멤브레인의 5개 지점을 결맞음 산란 광학 측정 장치 (Coherent Scattering Microscopy : CSM)을 이용하여 투과율을 측정하였다. 평균 투과율은 81.6%, 투과율 균일도 (최대 균일도 차이)는 0.25%를 나타내는 펠리클로 적용 조건을 확보하였다. 본 연구를 통해 full-size 펠리클 멤브레인의 제작 가능성을 확인하였다.