[포토공정] "Mask 3D Effects에 대해서 설명하세요"

포토공정 : 소장 교육단계

---

[질문 1]. Mask 3D Effect에 대해서 설명해보세요.

EUV의 마스크는 탄탈 (Ta) 기반으로 흡수체가 마스크 위에 3D 형상으로 돌출된 구조를 가집니다. EUV 광은 중심축을 기준으로 6도의 기울기를 가지고 EUV광이 마스크에 입사됩니다. 이때 마스크에 도달한 광은 반사가 되는데 이때 흡수체의 3D 구조에 의해 Shadowing effect 또는 마스크에 의한 이미징 수차가 발생합니다. 그로 인해, 초점과 패턴 배치가 변경되어 원하지 않는 패턴이 형성되는 이슈가 발생합니다. 이를 Mask 3D Effects라고 합니다. 

EUV Mask 3D Effect 출처 : Semiconductor Engineering

---

[꼬리 1-1]. Mask 3D Effects를 최소화시키는 방법에는 무엇이 있는가.

현재 업계에서는 EUV Mask 3D Effect 이슈를 최소화 시키기 위한 방법을 모색해왔습니다. ①더 얇은 탄탈(Ta) 계열 흡수체를 개발하는 방법, ②Ta이 아닌 새로운 흡수체, ③새로운 다층 구조의 EUV 마스크 재료 개발. ④High-NA EUV 기술 적용 등이 있습니다. 

---

[꼬리 1-2]. 현재 EUV 마스크의 요구사항에 대해서 설명해보세요.

"EUV 마스크 원리는 브래그 법칙과, 프레넬 반사법칙이 적용된 것으로 이전 포토공정을 참고하세요"

EUV Mask 블랭크는 기판 상에 Si와 Mo의 다층 구조로 40-50 층이 번갈아가면서 적층되어 250~350nm의 두께를 가집니다. 이 마스크는 13.5nm의 EUV 광을 반사하도록 설계되었습니다. 다중층 브래그반사경을 제작하기 위해서는 결함없이 정밀한 층을 증착하는 것이 핵심 포인트입니다. 마스크 블랭크는 루테늄 기반 캡핑층과 Ta 흡수체를 포함합니다. 현재 EUV 마스크는 생산공정에서 결함이 발생하기 쉬우나, 현재 업계에서 결함수준을 한 자릿수 수준으로 줄인 것으로 알고 있습니다. 

---

[세부 설명] Mask 3D Effect 최소화
①Scanner에서의 EUV 광을 6도 각도로 비스듬히 입사시킨다.
-EUV 광은 입사광과 반사광이 만나 간섭이 일어나는 영역이 발생하여 원하는 패턴을 구현하지 못하는 이슈가 발생합니다. 이 입사광의 입사각을 더 키우면 EUV의 마스크 Topology에 의해 shadowing 또는 mask 3d effect가 발생합니다. 이를 해결하기 위한 방법은 EUV 광의 높은 흡수율을 갖는 새로운 재료를 도입하여 얇은 흡수체를 사용하거나, High-NA 기술을 적용하는 것입니다. 

② 새로운 마스크 재료
'마스크를 재설계'하는 것입니다. EUV 마스크는 Si/Mo의 멀티다중층 브래그반사경입니다. Ta 계열 흡수체는 현재 60nm의 두께를 가집니다. 이는 오늘 날의 7nm 노드에서는 Mask 3D Effect 이슈에서는 자유로워 적합합니다. 하지만 5nm 노드 경우 EUV 마스크의 변경이 요구됩니다. 5nm에서는 Mask 3D Effect가 더욱 심화될 것이고, 이는 흡수체의 stack을 줄이는 방법이 제안되고 있습니다. 5nm 노드에서 더 얇은 Ta 흡수체가 요구됩니다. 하지만 다른 전문가들은 Ta 기반의 흡수체는 이미 55nm의 두께로 한계에 도달했다고 합니다. 그래서 55nm 이하 두께의 더 얇은 흡수체를 사용하려면 Ta을 대체할 새로운 재료가 요구된다고 합니다. 

최근 Ta를 대체할 새로운 소재로 Co/Ni 및 다양한 합금들이 후보로 연구가 활발히 진행되어 왔습니다. 하지만 이는 에칭하기가 어렵다는 몇 가지 공정이슈들을 가지고 있습니다.


③ 굴절률
굴절률은 빛이 물질을 통과해 어떻게 나아가는지를 나타내는 지표입니다. EUV의 경우 빛이 감쇠되는 특성이 있습닌다. Mask 흡수체의 높이에 따른 Mask 3D Effect를 최소화하기 위해서는 더 많은 EUV 광을 흡수하고 Ta보다 높은 'k'를 갖는 소재가 요구됩니다. "n=n+ik.('n'은 굴절률, 위상속도를 나타내며, k는 소광계수)
Ni는 Ta를 대체하기 위한 이상적인 물질로 주목받았지만 원하지 않는 입자를 형성해서, Ni와 Al을 결합한 Ni-Al 합금을 형성했습니다. 최근 연구에 따르면 39nm Ni3Al 합금이 유망한 이미징 결과를 보여주었고, 그 외에도 흡수체 stack을 낮추고 Mask 3D Effect를 최소화하는 high-k 금속은 유망한 초기 결과를 보였으며 지금까지 테스트된 최상의 필름은 필요한 etch selectivity와 특정 각도로 에칭할 수 없는 상태라고 합니다.  

④ 새로운 마스크 재료로 다층구조를 쌓기, Si/Mo 대체
현재 EUV 마스크는 Mo/Si stack보다 높은 반사율을 갖는 다중층 브래그반사경을 개발하기 위한 연구가 진행중입니다. 최근 Mo/Si의 다층구조보다 루테늄/실리콘의 다중층을 사용하여 반사율을 높인 논문이 발표됐습니다. 

⑤ High-NA
High-NA는 5nm 이하 노드 공정에서 일부 문제는 해결하지만 모든 문제를 해결하지는 않는다고 합니다. High-NA로 한쪽 방향의 배율을 줄임으로써 Mask 3D Effect를 개선하는데 도움이 됩니다. 스케일링이 계속되면서 OPC와 소스마사크 최적화를 활용하여 최고의 이미징 결과를 최적화하는 방법을 고려해야 합니다. 현재 3nm 노드에서는 두께가 30~35nm인 새로운 흡수체가 요구되고 새로운 식각 및 기타 공정기술이 요구됩니다.