[포토공정] 훈련 5 : "Resolution과 DoF의 관계에 대해서 설명하세요"

반도체사관학교 하사 교육생 단계

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Resolution 과 Depth of Focus 는 'Trade off' 관계입니다.
이는 공정마진과 관련하여 매우 중요한 파라미터라고 할 수 있습니다.

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[질문 1]. Depth of Focus에 대해서 설명해주세요.

• Keyword : [Rayleigh 1st criteria, NA, Trade off, DoF]

DoF는 Depth of Focus 초점심도를 나타냅니다. 사진을 찍을 때 초점이 맺히는 부분과 defocus 되는 부분이 있습니다. Best focus 부분은 패턴이 잘 형성되지만 그렇지 않은 부분은 감광 깊이가 균일하지 않아 원하는 패턴이 형성되지 않습니다. CD를 유지하면서 수직 포커스 마진을 나타내는 것이 바로 DoF입니다. DoF가 클수록 공정마진이 넓고 패턴이 잘 형성됩니다. 예를 들어, 박막이 단차를 가지는 특정 topology를 가질 때, 그 위에 레지스트나 필름을 도포 혹은 증착할 경우, 단차가 DoF 범위 내에 있으면 패턴이 변형없이 잘 형성될 수 있습니다.

[꼬리 1-1]. Resolution과 DoF의 관계에 대해서 설명해보세요.

Resolution과 DoF는 Trade off 관계에 있습니다. resolution은 파장이 짧을수록 NA가 클수록 resolution이 향상되어 미세패턴을 구현할 수 있는 반면, DoF는 파장이 짧을수록 NA가 클수록 수직공정마진이 작아지게 됩니다. Resolution과 마찬가지로 illumination mode, Mask (OPC, PSM), 고성능 PR을 통해 k2 공정상수를 조절하여 DoF를 개선할 수 있습니다.

[추가정보]
1. Resolution, R = k1 λ/NA
2. Depth of Focus, DoF = k2 λ/NA^2

[꼬리 1-2]. DoF와 CMP 공정과의 관계에 대해서 설명해주세요.

CMP 공정은 Chemical Mechanical Polishing 공정으로 반도체 웨이퍼를 연마하는 공정입니다. 반도체 소자가 점점 소형화 되면서 CMP 공정 기술에 대한 비중이 점점 커지고 있습니다. CMP 공정의 도입은 Cu와 같은 metal 소재를 예로 들 수 있지만, 노광공정에서 CMP 공정의 필요성은 바로 DoF와 연관됩니다. 노광공정은 미세화 트랜드에 따라 해상도를 향상시키기 위해 단파장의 광원을 채택하고 있습니다. 그에 따라 DoF, 수직공정마진은 점점 작아지게 되고 하부막의 단차가 DoF의 범위를 조금이라도 벗어나면 이미지 패턴을 형성할 수 없는 이슈가 발생합니다. 이러한 이슈를 극복하기 위해 사전에 상부막의 단차를 평평하게 만들어주기 위해 반드시 CMP 공정이 추가되고 있습니다.

Depth of Focus 초점심도의 깊이에 따른 수직공정마진

해당 내용은 공정마진을 다루면서 심도있게 다루도록 하겠습니다.
추가로 DoF 그림은 ArF-immersion를 이해하는데 도움이 될 것입니다. 이 부분 또한 ArF-i 공정에서
자세히 다루도록 하겠습니다.