극 자외선 리소그래피용 펠리클 표면의 오염 입자에 의해 발생하는 열 응력 평가

Abstract

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 기존에 사용하던 193 nm 파장보다 짧은 13.5 nm 파장을 사용하는 극 자외선 (extreme ultraviolet) 리소그래피 공정 기술이 각광을 받고 있다. 극 자외선 리소그래피 노광 장비 내부는 고진공 환경을 유지한 채 공정이 진행된다. 그럼에도 불구하고 장비 내부에서 매우 작은 입자들이 발생할 수 있다. 이들 입자는 마스크 표면에 부착될 경우 상을 왜곡시키게 된다. 따라서 이를 방지하기 위해서 펠리클이라는 얇은 막을 사용해서 마스크를 외부 오염 물질로부터 보호할 수 있다. 극 자외선 리소그래피에서는 매우 짧은 파장의 특성 때문에 공기를 포함한 대부분의 물질에서 흡수가 잘 일어난다. 펠리클 표면에 있는 마이크로미터 크기 및 두께의 오염 입자가 극 자외선을 흡수하고 매우 얇은 나노미터 두께의 펠리클 또한 흡수를 하게 된다. 이때 펠리클과 그 위에 흡착된 오염 입자는 단위 면적에 대한 열 용량이 서로 다르기 때문에 두 물질 간의 온도 차이가 발생하고 그로 인해 열 변형이 초래된다. 따라서 본 연구에서는 펠리클 표면의 오염 입자의 위치, 크기에 따른 영향을 확인하였으며 열 응력이 급상승하는 오염 입자 간의 간격을 제시했다. 펠리클의 구조 최적화 또한 중요하다. 따라서 현재 제시되고 있는 다양한 펠리클 물질들을 기반으로 오염 입자가 존재할 때 발생하는 열 응력을 전산모사 한 후 최적의 구조를 찾는 방안을 연구했다. 마지막으로, 반복된 노광에 의해 펠리클이 오염 입자로부터 받는 피로를 고려한 해석을 적용하였으며, 10 ㎛ 이하의 매우 작은 오염 물질 또한 펠리클의 수명에 영향을 주는 것을 확인했다.