[포토공정] 훈련 2 : "포토마스크에 대해서 설명하세요"

반도체사관학교 일병 교육생 단계

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[질문 1]. 레티클에 대해서 설명하세요.

• Keyword : [마스크, 펠리클, DUV, ArF, I-line, EUV, 브래그반사경]

레티클은 노광공정에서 설계 도면을 포함하고 있는 포토마스크를 말합니다. 마스크의 세부구조는 펠리클 (얇은 고분자 기능성 막)과 액정보호필름, 쿼츠 유리판 그리고 전체적으로 패턴부분에 크롬을 코팅함으로써 입사된 빛을 차단하고 원하는 이미지 패턴만 투과되도록 설계됩니다.
I-line (365nm), KrF (248nm), ArF (193nm)를 포함하는 DUV에서는 투과형 마스크를 사용하고, EUV (13.4nm)는 단파장이기 때문에 대부분의 에너지가 마스크에서 흡수 되는 이슈가 발생하기 때문에 반사형 마스크가 채택되었습니다. :

[꼬리 1-1]. EUV에서 반사형 마스크에 대해서 설명해주세요. [EUV 이슈는 장교(소위) 교육에서 상세하게 다루겠음]

EUV는 13.4nm의 파장을 가지는 규격화된 광원을 사용합니다. 고에너지의 광원을 사용하기 때문에 투과형 마스크를 사용할 경우, 흡수가 발생하여 원하는 이미지 패턴을 구현하기 어렵습니다. 흡수를 줄이기 위해서는 얇은 마스크를 사용해야 하는데, 얇은 흡수층 (크롬)으로는 원하는 패턴을 구현하기 어려운 이슈가 발생합니다. 그래서 Si/Mo Multilayer를 형성하여, 원하는 빛들이 거울처럼 반사돼서 나오는 반사형 마스크가 채택되었습니다.

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[질문 2]. 마스크 전사 방법에 대해서 설명하세요.

• Keyword : Proximity, Projection, e-beam lithography]

마스크의 이미지 패턴을 웨이퍼에 전사시키는 방법은 1 : 1, 4 : 1, 5 : 1로 나뉘어집니다. 반도체 노광공정에서 마스크의 이미지 패턴을 웨이퍼에 전사시키는 목적도 있지만, 가장 큰 목적은 이미지 패턴을 작게 만드는 (소형화) 목적도 있습니다. Contact, Proximity printing (1 : 1) 방법은 초기에는 사용했으나 양산에서는 사용하지 않고, 4 : 1, 5 : 1 전사방법이 사용되고 있습니다. 마스크 제작은 E-beam lithography로 마스크 없이 3D 캐드로 디자인한 기본적인 회로 디자인을 4배, 5배 크게 제작하고, Projection lenz를 통해서 1/4, 1/5 축소된 회로이미지가 웨이퍼에 프린팅 됩니다.

[세부설명] : 'Contact' 과 'Proximity' printing 방법은 마스크 내의 이미지 패턴과 웨이퍼에 전사되는 이미지 패턴이 1 : 1의 크기 비를 가집니다. 양산단계에서는 사용되지 않지만, 연구소 단위에서 Mask Aligner 설비에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. Contact printing은 mask 오염에 대한 이슈, Proximity type은 마스크를 투과하는 광의 Scattering 이슈가 존재합니다.

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[질문 3]. Scanner와 Stepper 차이에 대해서 설명하세요.

• Keyword : Scanner (Step&Scan), Stepper (Step&Repeat), 수차, Projection lenz]

노광공정에서 핵심 설비는 바로 Scanner 입니다. Stepper type도 있습니다. 빛이 이동하면서 스캔하는 'Step&scan' type인 Scanner와 하나의 이미지를 한 번에 반복적으로 찍는 'Step&repeat' type인 Stepper로 구분됩니다. 하지만 Stepper는 마스크 전체의 이미지가 한 번에 웨이퍼에 형성이 되는데 렌즈 끝 혹은 엣지에서 수차나 왜곡이 발생하여 정확한 이미지 패턴을 형성할 수 없다는 이슈가 발생합니다. 이러한 한계로 지금은 렌즈의 가장 좋은 부분, 즉 가장 안정적으로 빛이 투과되는 부분만을 조리개로 투과시킴으로써 Scan하는 원리를 취하고 있습니다.

[꼬리 3-1]. Scanner의 구조에 대해서 설명해보세요.

스캐너의 구조는 외부 밀폐형으로 되어 있습니다. 내부에는 Mask가 있고 KrF, ArF와 같은 Eximer laser가 경로를 가지고 들어오게 됩니다. 그리고 Projection lenz를 통해서 실리콘 웨이퍼에 그대로 빛이 도달하게 됩니다. 실제 빛이 들어와서 레티클에 빛이 도달하고 패턴정보를 포함하는 빛이 Projectio lenz를 통해 1/4로 축소돼서 웨이퍼에 도달하는 것이 기본 구조입니다. 빛이 웨이퍼에 잘 도달할 수 있도록 30개 이상의 Projection lenz를 투과하여 웨이퍼에 도달하게 됩니다. Projection lenz는 산란된 빛을 모아주는 Condensor lenz와 크롬이 없는 부분을 투과한 빛의 초점을 맞추어주는 Object lenz로 구성됩니다.

[자투리 설명] : '수차'
수차는 빛의 상이 평면상에서 한 점에 모여야 하는데, 그렇지 못하고 번지는 현상을 말합니다. 렌즈나 거울의 기하학적 형태로 인해 경로의 차이가 발생하고 상번짐이 일어나는 현상을 '광학수차'라고 합니다. Stepper에서 Scanner가 채택된 가장 큰 이유라고 할 수 있습니다.

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이것으로 교육을 마치겠습니다.