[포토 공정] 반도체 미세화 방법과 한계 (파장별 공정크기, EUV, 등)
반도체의 영원한 목표, 미세화 Scailing down 입니다. 미세화란, 패턴의 해상도로 볼 수 있습니다.
왜 미세화가 어려운지 자세히 한번 알아 봅시다. 마지막에 정리까지 해드릴태니 한번 꼭 읽어보시기 바랍니다.
렌즈의 직경
이론적으로는 노광에 사용하는 빛의 파장에 비례하고 렌즈의 직경에 반비례합니다. 그렇다고 렌즈의 크기를 무작적 줄일수도 없는게 DOF depth of focus 초점거리가 클수록 포토공정의 안정성이 커지기 때문입니다. 왜냐하면 렌즈의 직경이 작으면 빛이 잘 안모이기 때문입니다.
즉, 렌즈의 직경은 정해져 버립니다. 더이상 미세화에 관여하기 어려워진것이죠. 또한 장비 특성상 렌즈를 바꾸기도 쉽지 않아 더욱이 렌즈와 관련된 parameter은 바꾸기 힘듭니다.
노광 파장
따라서 여태까지 포토 공정의 미세화는 노광에 사용되는 파장을 줄이면서 발전해왔습니다.
그러면서 업계에서는 파장의 절반이 공정 크기라는 실험적 결과를 사용하고 있게 된것이지요.
UV 램프의 빛을 사용 했는데 빛의량이 크기 때문에 사용하고 있습니다. 초기에는 Hg lamp의 G-line, H-line, I-line, Mid-UV의 파장을 사용하였습니다. 빛의 량이 많았기 때문에 활용하기가 좋았던 것이죠.
이후 DUV라는 KrF(파장 = 248nm)를 사용하여 180nm의 공정을
이후 ArF(파장 = 193nm)를 사용하여 130nm의 공정을
이후 dry ArF(파장 = 193nm)를 사용하여 90nm의 공정을
이후 i-ArF(파장 = 193nm)를 사용하여 70nm의 공정을 (물속에서 공정하여 굴절률 조절)
이후 ArF(파장 = 193nm)를 사용하여, 위상을 바꾸어 보강간섭을 줄여 40nm의 공정을
성공시킵니다. 정말 외계인을 갈아넣었다고 보아야겠군요.
그렇다면 왜 계속 ArF만 사용하고 있느냐. 바로 EUV 공정의 안정성과 가격이 확보되지 못하였기 때문입니다.
파장이 13.5nm인 EUV는 초미세 공정을 가능하게할 미래 반도체 기술입니다.
그렇다면 EUV는 뭘까요?? 간단히 알아봅시다.
EUV
전세계에서 ASML밖에 못만들고 있는 노광장비에서 나오는 빛을 이용해서 포토공정을 진행합니다. 근데 왜 ASML밖에 못만들까요? 이유는 에너지가 너무 커서입니다. 빛의 에너지가 커야 파장이 짧아지는데 문제는 에너지가 크면 웬만한 물질에 흡수가 되버립니다. 그렇게되면 빛이 PR에 닿기전에 마스크나 렌즈등에서 소멸되겠죠. 그것이 바로 문젭니다. 따라서 진공 상태에서 굴절렌즈가 아닌 반사경을 이용해서 노광을 해야합니다. 또한 빛의 투과가 아닌 반사를 이용해야하므로 기존 마스크도 EUV마스크로 바꿔야합니다. 더 자세한 내용은 추후에 극 자외선 (EUV) 포토 공정을 통해 다루겠습니다.
그래서 미세화가 왜 어렵다는 것의 결론이 무엇이냐. 핵심은 피치 입니다. 피치란 라인과 스페이스가 반복되는 패턴에서 한라인과 한 스페이스의 합을 피치라 하는데 이것을 미세화 하기 어렵기 때문입니다. Scaling Down하게 되면 빛이 투과하기가 어렵고 따라서 원하는 곳의 분자 결합을 끊기 어려워져 마스크 패턴을 못 옮기기 때문입니다.