극자외선 리소그래피용 펠리클의 공정 적용을 위한 기계적 안정성 영향 연구 및 평가

Abstract

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 1x nm 이하의 선폭을 위한 극자외선 (Extreme ultraviolet, EUV) 리소그래피 기술이 연구되고 있다. 높은 해상도의 패터닝을 가능하게 하기 위해서 마스크에 생기는 오염물질이나 결함 제어가 중요하고 이를 위해 펠리클 사용은 필수적이다. 극자외선 리소그래피 파장은 13.5 nm로 매우 짧아 흡수가 크기 때문에 극자외선 리소그래피용 펠리클의 두께는 매우 얇아야 한다. 두께는 대면적 펠리클 크기인 152 × 120 mm2보다 훨씬 작은 50 nm 정도이고 따라서 중력과 스테이지 가속 등의 기계적 외부 요인에 의해 영향을 받게 된다. 공정 전, load lock 챔버 안에서의 압력은 대기압에서 고진공 환경으로 변화한다. 이 과정에서 펠리클 프레임의 필터에서 flow resistance를 발생시켜 펠리클 내부와 외부 사이의 압력 차이를 발생시킨다. 압력 차이가 발생하여 펠리클이 변형되거나 큰 응력이 생기면, 노광시 패턴 불균일을 초래하거나 수명과 관련되어 문제가 된다. 본 논문에서는 유한요소법 (Finite element method, FEM)을 이용하여 다양한 물성에 대하여 이러한 압력 차이로 인한 최대 응력을 해석하였다. 또한 잔류 응력을 고려한 펠리클의 변형을 이론 모델로 계산하였다. 공정 과정에서 스캐너의 전단방향 가속으로 인해 펠리클은 10 G 만큼의 가속을 받게 된다. 특히 펠리클의 변형과 응력은 가속되는 펄스 폭과 고유 진동수가 같을 때 최대이므로 펄스 폭에 따른 영향을 관찰하였다. 추가적으로 가속이 주는 여러 가지 물성에서의 영향과 사이클 반복에 따른 영향을 보았으며, 그 결과 가속으로 인한 응력이 압력 차이나 열 응력, 잔류 응력에 비해 현저히 작은 것을 알 수 있었다.