극 자외선 리소그래피용 펠리클 위에 있는 큰 오염물질이 패턴에 미치는 영향

Abstract

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 기존의 노광 공정으로 구현 가능한 최소 선폭 (critical dimension, CD) 은 한계에 도달했다. 따라서 반도체 산업에서는 새로운 리소그래피 기술이 요구되고 있다. 그 중에서 13.5 nm 파장을 갖는 극 자외선 (extreme ultraviolet) 노광 기술은 1x nm 이하 패턴을 대량 생산하기 위한 차세대 리소그래피 기술로 주목받고 있다. 극 자외선 노광 기술은 기존 노광 공정에서 사용하는 파장 (193 nm) 보다 매우 짧은 파장의 광원을 사용하므로 높은 해상력을 가지고 있다. 하지만 여러 요인으로 인하여 선폭 균일성 (CD uniformity, CDU) 을 확보하는데 어려움을 겪고 있다. 선폭 균일성을 저하시키는 주요 요인으로 여러 가지가 거론되고 있으나 그 중에서도 극 자외선용 마스크의 오염은 심각한 문제이다. 높은 해상도의 패터닝을 가능하게 하기 위해서 마스크에 생기는 오염물질이나 결함들의 제어가 중요하고 이를 위해 펠리클의 사용은 필수적이다. 그러나 점점 패턴이 작아짐에 따라 펠리클 위에 존재하는 오염물질에 의해 패턴 오류가 발생하였다. 빛은 오염물질에 의해 흡수되어 웨이퍼상에서 이미지 저하 및 패턴의 변화를 초래한다. 따라서 오염물질 크기의 한계를 조사하여 그 한계보다 크면 펠리클을 제거하거나 펠리클을 교체해야 하기 때문에 이에 대한 연구가 필요하다고 생각했다. 오염물질 크기의 최대 허용 한계를 설정하기 위해 반도체 업계에서 사용하는 기준을 사용하였다. 오염물질의 최대 허용 한계는 웨이퍼상의 목표 선폭 (Target CD) 변화의 + 5 % 이내와 선폭 균일성은 0.2 nm 이내로 정하였다. 이를 바탕으로 5 nm 와 7 nm 급 패턴에서 최대 허용 가능한 결함 크기를 확인할 수 있었다. 7 nm 급 패턴에서 오염물질의 크기가 40 μm 이더라도 선폭 변화는 5 % 이내지만 패턴의 크기가 작은 5 nm 급 패턴에서는 오염물질의 크기가 10 μm 미만이여야 한다는 것을 알 수 있었다.