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반도체 극자외선(EUV) 노광 공정에서
반도체 극자외선(EUV) 노광 공정에서 13.5nm 파장의 광원을 제어하기 위한 반사경 시스템과 페펠 소재의 기술적 난제는 무엇인가요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
EUV 노광은 13.5nm 빛이 대부분의 물질에 흡수되기 때문에 일반 렌즈 대신 여러 층을 쌓은 다층 반사경을 사용해요.
층의 두께와 표면 거치기를 원자 수준으로 정밀하게 제어해야 하고, 작은 결함도 노광 정밀도에 영향을 줄 수 있죠. 펠리클은 마스크에 먼지가 붙는 것을 막아주는 얇은 막인데, EUV 빛을 잘 통과시키면서도 강한 빛에 의한 발열과 변형을 견뎌야 하는 특성이 있어요. 특히 진공의 환경에서는 열을 식히기도 어렵고, 장시간 사용에 따른 소재 열화도 문제가 될 수 있죠.
감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 박재화 박사입니다.
EUV는 13.5nm로 파장이 아주 짧아서 공기나 일반 렌즈에 거의 흡수되기 때문에 진공 속에서 특수한 반사경을 이용해 빛을 전달하게 됩니다. 이 반사경이 몰리브덴과 실리콘 같은 얇은 층을 수십 겹 쌓아서 EUV가 최대한 반사되도록 만든 다층 거울을 말합니다.
문제는 거울을 여러 번 거칠 때마다 빛이 조금씩 손실이 일어나는데, 반사율, 표면 거칠기, 오염을 아주 정밀하게 관리해야한다는 점이 있습니다. 펠리클을 마스크 위에 씌워 먼지가 패턴에 붙는 것을 막는 매우 얇은 막을 말합니다. EUV 빛을 잘 통과시키면서도 높은 열을 견뎌야 하는 것입니다.
너무 두꺼우면 EUV를 많이 흡수하고, 너무 얇으면 열 때문에 휘거나 찢어질 수 있기 때문에 재료와 두께를 맞추는 것이 큰 기술 난제라고 볼 수 있습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
13.5nm 빛은 공기를 포함한 거의 모든 물질에 흡수돼 렌즈를 못 쓰고 진공 속 거울로만 다뤄요. 단일 금속 표면은 이 파장을 거의 반사하지 못해서 몰리브덴과 실리콘을 한 쌍으로 40~50층 번갈아 쌓은 다층 박막 거울을 써요. 층마다 조금씩 반사된 빛이 같은 위상으로 겹치도록 주기를 6.9nm 안팎으로 맞추는데, 반사율은 이론 한계 약 74%, 실제로는 70% 정도예요. 광원에서 웨이퍼까지 마스크를 포함해 반사가 10번 남짓 일어나니 남는 빛은 처음의 2~3%뿐이에요.
그래서 거울마다 표면 형상 오차와 거칠기를 0.1nm 수준 이하로 깎아야 하고, 몰리브덴과 실리콘 경계에서 원자가 섞여 규화물이 생기면 반사율이 떨어져요. 광원은 초당 5만 개의 주석 방울에 레이저를 쏴 플라스마를 만드는 방식이라, 튀어나온 주석 찌꺼기가 거울에 쌓이고 탄소 오염도 생겨서 루테늄 보호막을 씌우고 수소 가스로 계속 닦아내요.
펠리클은 마스크 위에 먼지가 떨어지지 않게 덮는 막인데, 빛이 들어갈 때와 반사돼 나올 때 두 번 통과해요. 한 번에 90%를 통과시켜도 실제로는 81%만 남아서 두께를 수십 nm까지 얇게 만들어야 하고, 이 상태로 가로세로 10cm가 넘는 면적을 처지지 않게 버텨야 해요. 흡수한 빛으로 수백 °C 이상 달아오르고 수소 플라스마에 깎이는 문제도 있어, 초기의 폴리실리콘에서 금속 실리사이드, 투과율이 90% 중후반까지 나오는 탄소나노튜브 펠리클로 소재가 옮겨가고 있어요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
EUV 노광 공정의 13.5nm 파장은 모든 물질에 쉽게 흡수되므로 전통적인 굴절렌즈 대신 몰리브덴과 실리콘을 교대로 적층한 다층막 반사경 시스템을 사용하여 광원을 제어해야 합니다 반사경 시스템의 주요 난제는 수십 장의 거울을 거치며 누적되는 광량 손실을 막기 위한 나노급 표면 평탄도 유지 고출력 EUV 흡수로 인한 열 변형 제어그리고 잔류 가스에 의한 표면 오염 방지입니다 한편 포토마스크를 이물질로부터 보호하는 펠리클 소재는 13.5nm 광원을 90% 이상 투과하는 고투과율을 가져야 함과 동시에 수백 와트의 강한 열과 플라즈마 환경에서 변형되거나 파손되지 않는 극도의 내열성과 기계적 강도를 확보해야 합니다. 현재 탄소나노튜브나 실리콘계 신소재 등이 활발히 연구되고 있으나 고출력 구동 시 발생하는 심한 열화와 수명 저하 문제를 완전히 극복하는 것이 상용화의 핵심 기술적 과제입니다