앞서 소개한 사진 공정 이론(1) 파트는 가장 기초적인 포토리소그래피의 원리에 대해 설명했더라면,
이번 포스팅은 보다 진보된 몇 가지 기술 및 장비에 대해 소개해보고자 한다.
Development Trends (포토 공정 발전 동향)
진보된 기술 및 장비를 소개하기 전 포토 공정의 역사적 흐름을 간략하게 짚고 넘어가자.
위 이미지에서 좌측은 PR 기술의 발전을 보여준다. 사진 공정 이론 (1)에서 포스팅 했었던 것처럼 Negative PR은 이제 구시대의 산물이다. Positive photoresist → Chemical amplification(CAR) → Advanced photoresist 순으로 발전해왔다.
중앙은 패턴의 선폭이 줄어든 과정을 보여주고, 10㎛에서 시작해 100nm 이하로 끊임없이 작아지고 있다.
우측은 장비 및 광학 기술의 발전을 보여준다. 마스크를 웨이퍼에 직접 붙여 찍던 방식(Contact Printer)에서 시작하여 Stepper 등과 같은 정밀 투영 노광 장비로 발전했다.
광원 역시 G-Line에서 I-Line, DUV, EUV 순으로 파장이 극도로 짧아지는 방향으로 발전했다.
최근에는 ASML 사에서 개발한 EUV 노광장비는 3nm, 5nm 까지 작아져 엄청 미세한 패턴 구현이 가능해졌다.
PSM, OAI, OPC는 파장을 더 이상 줄일 수 없었던 시기 때, 여러 꼼수들을 이용하여 해상도 향상을 노린 기술들이다.
Phase-Shifting Mask (PSM)
여러 번 언급했듯이, 반도체 공정은 점점 미세 공정으로 가고 있다.
웨이퍼 위에 새겨지는 패턴도 가면 갈수록 패턴 크기가 작아지고 간격도 좁아진다. 즉, 패턴과 패턴 사이의 간격이 너무 좁아져서, 빛이 직진하지 못하고 양옆으로 퍼지는 회절(Diffraction) 현상 발생해 엉뚱한 곳에 빛이 닿는 문제가 발생하게 된다.
지금 소개할 PSM(위상 반전 마스크)은 빛의 '파동' 성질(간섭)을 이용해 해상도를 극적으로 높여 이러한 문제를 해결한 마스크이다.
PSM은 석영(Qz, Quartz) 기판에 위상 반전기(Shifter)가 설치된 마스크의 한 종류로, 위상 반전기의 설치 목적은 노광되는 영역과 노광되지 않는 영역 사이의 경계에서 빛의 강도를 명확하게 구분하기 위함이다.
본 교재에서는 [굴절률의 변화 → 파장 주기의 변화 → 위상의 변화]로 설명한다.
이 원리에 대해 간단히 설명하자면, 빛이 공기보다 굴절률이 큰 Shifter(유리/석영 덩어리)를 통과하면 속도가 살짝 느려진다. 살짝 느려진 만큼 파장의 주기 또한 밀리면서, Shifter를 통과하지 않은 옆의 빛과 위상(Phase)이 180도(𝝅) 어긋나게 되는 것이다.
일반 마스크는 빛을 단순히 통과시키거나 막기만 하는 마스크이다. 좁은 틈을 통과한 빛이 직진하지 못하고 양옆으로 벌어지는 회절 현상 때문에 진폭 그래프가 양옆으로 넓게 퍼진다. 또한 빛의 세기가 약해져야 하는 부분이 서로 중첩이 되어 패턴 해야할 곳과 안해야 할 곳이 구분이 안되어버린다.
인접한 두 패턴을 통과한 빛이 겹쳐지면서 보강 간섭이 발생한다. 빛의 세기가 약해지는 부분이 없어 두 패턴이 분리되지 못하고 하나로 뭉개진 불량 패턴이 나온다.
PSM은 이웃한 두 패턴의 빛 위상을 180도 뒤집어서 서로 상쇄되도록 조작한 첨단 마스크이다. 여기서 이론 교재와 실습 교재는 서로 다른 방식으로 PSM을 소개한다.
이론 교재에서는 한쪽 구멍에 빛의 굴절률을 바꿀 수 있는 투명한 물질(Shifter)을 덧바른다. 이 방법은 바로 위에서 간단하게 소개한 PSM의 원리이다.
실습 교재에서는 반대로 한쪽 구멍의 석영(Quartz) 유리 기판을 더 깊게 깎아내는 방식으로 PSM을 소개한다.
본질은 다른 물질을 통과하든, 더 얇은 유리를 통과하든 어차피 빛의 속도는 미세하게 느려진다. 그 결과, 한쪽 구멍을 통과한 빛의 파동 주기가 밀리면서 멀쩡한 옆 구멍을 통과한 빛과 비교해 위상(Phase)이 정확하게 180도 뒤집히게 된다.
그렇게 서로 위상이 달라진 빛은, 서로 만나면 상쇄 간섭이 일어나면서 빛의 세기를 0으로 만드는 영역이 존재하게 된다.
멀쩡한 패턴(슬릿)을 통과한 빛은 위로 볼록(+)하고, 매질의 두께 및 굴절률을 달리한 패턴(슬릿)을 통과한 빛은 아래로 볼록(-)하게 파동이 생성된다. 이 두 빛이 만날 때 (+)와 (-)가 더해지며 상쇄 간섭이 발생한다.
위상이 달라져 빛의 파동이 반전되어도 PR은 빛의 위상을 느끼지 않고, 그저 빛의 세기만을 느끼기에 노광을 진행하고 디벨롭을 하면 정상 패턴이 나오게 된다.
Off-Axis Illumination (OAI, 비축 조명)
OAI란 한마디로, 최대한 많은 빛을 웨이퍼에 최대한 담는 것이다.
기존 방식과 OAI를 비교해보자.
- On-axis illumination (기존 수직 조명)
: 빛을 수직으로 쏘면 마스크를 통과한 빛이 회절하여 0차광(직진), -1차광, +1차광으로 갈라진다. 마스크에 새겨진 패턴이 미세해질수록 이 회절 각도가 커져서 +1차광과 -1차광 둘 다 렌즈(Projection lens) 바깥으로 튕겨나갈 수 있다. 빛이 튕겨나가면 이 빛이 가지고 있는 정보가 유실되어 해상도가 크게 떨어진다. - Off-axis illumination (OAI)
: 빛 자체를 사선으로 비스듬하게 입사시키면, 튕겨 나가던 -1차광 또는 +1차광 중 하나가 렌즈 안으로 들어오게 된다.
(위 그림은 -1차광이 렌즈 안으로 들어감)
또는 광원의 종류를 바꿔줌으로써 해상도를 올릴 수 있다.
즉 빛을 살짝 휘게 해서 밖으로 회절되는 빛을 웨이퍼에 전달해 DoF가 증가된다.
그러나 여기서 모순이 발생하는데, 알다시피, DoF가 증가하면 해상도 값이 증가하여, 미세 패턴을 새길 수 없게 된다.
DoF가 증가하려면 NA(개구수)가 작아져야 하는데, NA가 작아지면 해상도 값이 증가한다. 그러나 해상도 값은 작을수록 좋으니까 NA는 커져야할 것이다.(필자는 여기서 살짝 멘붕이 왔었다...)
해상도가 좋아지는 이유는 앞서 설명했듯, 튕겨 나갈 뻔한 -1차광을 비틀어서 렌즈 안으로 들어오게 했기에, 기존 수직 조명보다 빛의 정보가 많아지므로, 더 정교하고 미세한 패턴을 찍을 수 있게 됐기 때문이다.
그럼 NA는 그대로인데, DoF가 증가하는 이유는 뭘까?
우선, Focus가 깨진다는 것은 여러 갈래로 쪼개진 빛들이 웨이퍼까지 도달하는 이동 거리가 서로 달라져서 빛의 위상이 어긋난다는 뜻이다. 이전 포스팅에서 설명했듯, 웨이퍼 표면(PR)의 단차 때문에 패턴이 뭉개지는 것이라고 설명했었다.
즉, 빛이 발산하는 지점에서 도달하는 지점까지의 거리가 울퉁불퉁한 웨이퍼 표면에 의해 다 달랐기 때문에 어긋났던 것이다.
그러나 OAI 기술은 빛을 사선으로 쏘았을 때 0차광과 -1차광은, 0차광과 -1차광의 중심축을 기준으로 완벽한 'ㅅ'자 모양의 대칭을 이룬다(위 그림 자세히 보기).
즉, 중심축을 기준으로 두 빛이 날아오는 각도와 거리가 완벽하게 똑같아진다. 두 빛이 항상 똑같은 거리를 날아오기 때문에 웨이퍼 표면에 단차가 생겨도 위상 차이가 전혀 발생하지 않는다. 따라서 NA를 줄이지 않고도 DoF(초점이 맞는 거리)가 좋아지는 것이다.
이때 빛이 가지고 있는 정보란, 단순히 빛이 가진 에너지를 뜻하는 것은 아니다.
빛이 마스크를 통과하는 순간, 단순한 빛 에너지는 패턴의 모양을 웨이퍼가 고스란히 담게 된다(패턴의 선폭, 패턴의 굴곡 등).
그림자 놀이를 생각하면 이해하기 쉬울 것이다.
손전등 앞에 손을 대고 강아지 모양을 흉내내면, 벽에는 강아지 모양의 그림자가 생긴다. 벽은 강아지 모양이라는 공간적 정보를 가지게 되었다.
포토 공정에서는 마스크가 손이고, 벽이 웨이퍼 역할을 한다.
살짝 더 디테일하게 설명하자면,
0차광(직진)은 패턴의 기본적인 밝기(에너지) 정보만 가지고 있다. 패턴의 미세한 굴곡이나 선폭 정보는 전혀 없다.
±1차광(회절)은 한 번 꺾인 빛을 방향에 따라 정의한 것으로, 이 빛은 마스크의 좁은 틈을 만나 양옆으로 꺾여서 날아간다. 패턴이 좁으면 좁을수록 더 큰 각도로 꺾인다. 이 빛은 패턴의 대략적인 주기와 선폭 정보를 가지고 있다.
고차광(±3, ±5)은 ±1차광에서 더 심한 각도로 회절된 빛을 지칭한다. 패턴 모서리의 날카로움 등 아주 미세하고 디테일한 정보를 가지고 있다.
Optical Proximity Correction (OPC, 광학적 근접효과 보정)
현대 반도체 공정은 패턴의 크기보다 빛의 파장이 더 크다(패턴 크기 < 빛의 파장).
심지어 최근에는 13.5nm의 단파장의 빛을 쏠 수 있는 ASML사의 EUV 노광 장비로 5nm의 미세한 패턴을 그린다.
패턴의 틈이 빛의 파장보다도 좁아지니 빛이 엄청나게 회절해 버린다.
빛의 회절 때문에 현대 반도체 공정에서는, 마스크의 패턴의 모양과 웨이퍼에 찍히는 결과물이 전혀 같지 않다.
[Mask pattern ≠ Wafer image]
실제로 서울대 ISRC 반도체공동연구소에서 실습을 했었을 때, 노광을 진행하니 패턴의 모서리가 뭉특해지는 것을 확인할 수 있었다.
패턴이 뭉개지는 원인은 여러가지가 있다.
- Low pass filtering (finite NA)
: 렌즈의 크기(NA)가 유한하여, 빛의 정보를 다 담지 못하고 정보가 필터링되어버리는 현상 - Resist characteristics
: 감광액 고유의 화학적 반응 한계 - Polarization behavior
: 빛이 한쪽으로 쏠리는 현상 - Mask 3-dim. Effect and manufacturing error
: 마스크 고유의 3차원적 두께 효과 및 제작 오차 - Lens aberration
: 렌즈의 수차(빛의 회절 때문에 한 점에 모이지 않고 왜곡되는 현상)
OPC 보정 원리는 마스크를 회절과 간섭 효과를 고려해서 제작하여 패터닝을 진행하는 것이다. 즉 패턴이 뭉개질 것을 미리 예측하여, 아예 마스크의 그림 자체를 왜곡시켜 그리는 기술이다.
위 그림을 보면, 일반적인 마스크를 쓰면 웨이퍼에 동그란 패턴이 찍히는 것을 알 수 있다.
이를 해결하기 위해 아래쪽 그림처럼 마스크 패턴의 모서리에 Serif(덧살)을 그려놓는다. 빛이 회절되어 모서리가 깎여나갈 것을 소프트웨어로 정밀하게 역산하여 깎일만큼의 Serif(덧살)을 미리 마스크에 덧붙여 놓는 것이다.
그 결과, 빛이 웨이퍼에 도달했을 때는 깎여나간 부분과 덧살이 상쇄되어, 우리가 원하던 정상적인 패턴이 완벽하게 찍히게 된다.
Spectrum of UV and X-ray source (광원의 스펙트럼)
빛의 파장이 짧아질수록 해상도의 수치는 작아져 해상도는 좋아지므로, 반도체 광원은 점차 짧은 파장으로 발전해왔다.
수은램프에서 시작하여 심자외선(DUV), 극자외선(EUV)로 넘어오고 있다. 물론 앞전 포스팅에서 설명했듯, 무조건적으로 EUV를 쓰지는 않고, 소자별 특성에 맞춰 EUV와 DUV를 나누어 쓴다.
DUV는 엑시머 레이저라는 것을 이용해서 빛을 조사하는 것이고, EUV는 X-ray급의 광원으로서 ASML에서 제공하는 수천억을 호가하는 노광 장비를 이용해서 빛을 조사하는 것이다.
또한 EUV의 등장 이전에는 더 이상 파장을 짧게 할 수 없었다.
그렇기에 파장의 한계를 극복하기 위한 여러 꼼수와 같은 복잡한 공정들을 사용했었다.
앞전에서 소개했던 OPC, PSM, OAI들과, 렌즈의 크기인 개구수(NA)를 키우기 위해 렌즈와 웨이퍼 사이 매질을 물로 바꿔 굴절률을 높여서 해상도를 올리는 액침 노광(Immersion Lithography), 그리고 다중 패터닝(DPT, SPT 등)이 존재한다.
EUV 이전까지는 파장의 크기가 150nm 수준이었다. 그러나 EUV 파장은 13.5nm 수준으로 급격하게 짧아졌다. 이러한 EUV의 등장으로 이전에 사용하던 복잡한 공정들을 아예 바꾸어 놓게 됐다.
위 이미지는 세대별 기술 변화를 나타내는 로드맵이다.
Next generation lithography (차세대 노광 기술) (1)
위에서 언급했던 다중 패터닝 기술들에 대해 소개한다.
- Double Patterning Technology (DPT)
: 보통 LLE (Litho-Litho-Etch) 방식이라고 부른다. 또한 두번 노광을 진행하기 때문에 Double Exposure 이라고도 부른다.
만약 한번에 촘촘한 패턴을 뚫으려 하면, 빛의 회절에 의한 간섭 때문에 패턴이 뭉개지고, 해상도를 망치는 문제가 발생한다.
이때 방법은 두 번에 걸쳐 노광을 진행하는 것이다.
먼저 Mask1을 이용해서 PR이 도포된 웨이퍼(실리콘과 산화막이 있는 기판)를 노광, 현상을 진행해 패턴을 형성한다.
이번엔 Mask1과 패턴이 다른 Mask2를 이용해, 이어서 노광, 현상을 진행한다.
이렇게 패턴이 입혀진 PR을 Hard bake하고 난 후 etch한다. 이후 PR을 Strip한다.
다만 실제 양산 현장에서는 PR의 광화학적 간섭(1차 노광에 의한 PAC 변화가, 2차 노광의 빛 에너지에 의해 원치 않게 간섭을 일으켜 패턴을 뭉개버림) 문제를 방지하기 위해 LLE 방법보다, 노광과 노광 사이에 식각 공정을 끼워 넣는 LELE(Litho-Etch-Litho-Etch) 방법을 더 많이 사용한다.
어쨌든, 이런식으로 패턴의 밀도를 늘려 해상도를 높인다. 이때는 패턴을 중첩해 잘 정렬해서 공정을 진행해야 한다.
두 번의 마스크를 정확하게 겹치지 못하고 Misalignment(정렬 오차)가 발생하면 최종 회로(Final contour)가 완전히 망가지므로 정렬 오차를 항상 조심해야 한다.
그러나 'DPT 방법' 이미지의 하단의 최종 완성된 수직 단면도와 오른쪽에 있는 Final contour을 보면, 얇게 패터닝 된 절연층이 있고, 이후 배울 금속 배선 공정은 그 사이로 금속을 배선하는 공정이다. 그러나 이 구조는 의도하지 않은 MIM(Metal - Insulator - Metal) 구조로 의도하지 않은 기생 커패시터가 어쩔 수 없이 생겨버리게 된다.
기상 커패시터는 RC 딜레이(신호 지연) 등과 같은 문제가 발생하므로 최대한 없어야 한다. 그러나 칩을 작게 만드려면 미세 패턴이 필수인데, 이러면 기생 커패시터가 커져서 칩이 느려지는 문제가 발생한다. 이럴 때는 절연 물질을 바꾸어 유전율이 낮은, Low-k 물질로 바꿔버리는 것이다. 보다 자세한 내용은 BEOL 공정 중 하나인 금속 배선 공정 때 소개하겠다.
또한 DRAM 같이 작은 소자들은 이 방법이 비효율적이다. 포토 공정의 단가는 꽤 비싼 편이고, DRAM등의 메모리 소자는 크기가 작기 때문에 2번 패터닝이 비효율적이며, 생산 단가가 치솟기 때문이다.
- Spacer double patterning (SPT)
: 현업에서는 보통 SADP(Self-Aligned Double Patterning) 또는 SDP(Self Double Patterning)이라고 부른다.
우선 Mask1을 사용해 한 번의 포토 공정을 진행한다. 이때 Mask1 밑에 붙어있는 검은색 4개 기둥은 빛을 막는 금속 패턴이다.
그리고 Top Hard Mask 위의 4개 기둥은 미리 완성된 PR 패턴이다.
이후 노광 후 Top Hard Mask를 식각하면, PR이 칠해져 있는 부분을 제외하고 다 제거된다.
('SPT 방법' 그림의 두 번째 그림의 회색 기둥)
즉. 일반 회색 기둥이 Top Hard Mask이다.
그리고 만들어진 얇은 회색 기둥 위에 얇고 균일하게 덮는 새로운 물질을 증착한다('SPT 방법' 그림의 두 번째 그림에서 그린 손그림 참고).
이때 step coverage가 좋은 ALD를 이용해 증착한다. 이후 지면과 수직한 방향으로만 깎아내는 Anisotropic etch를 진행하면, 일반 회색 기둥(Top Hard Mask) 양옆에 붙은 진한 회색의 Spacer(스페이서)가 형성된다.
이제 일반 회색 기둥(Top Hard Mask)과 스페이서(진한 회색 기둥) 사이의 빈 공간을 산화막으로 증착하고 CMP를 통해 평탄화를 진행한다.
이제 Spacer removal를 진행하면, 스페이서(진한 회색 기둥)가 빠져나간 그 자리는 얇고 깊은 빈 틈(홈)이 된다.
이때 증착해 두었던 산화막과 일반 회색 기둥(Top Hard Mask) 이 살아남아 하드 마스크(방어막) 역할을 수행하게 된다.
이 두 물질을 방패 삼아 뚫려있는 빈 틈(스페이서가 있던 자리)을 통해 Bottom Hard Mask를 식각해 내려가는 것이다.
이후 Bottom Hard Mask을 방패 삼아 최종 타겟 물질을 위한 식각까지 진행하고 남은 찌꺼기인 Bottom Hard Mask를 제거하면,
'DPT 방법' 그림의 4번째 그림처럼 바닥에 8개의 얇고 촘촘한 패턴이 형성된다('SPT 방법' 그림에는 기판이라고 되어 있지만 이 기판에 타겟 물질이 함께 포함되어 있다고 가정한 것이다).
SPT 방법은 정렬 오차(Misalign) 걱정이 없고, 선폭을 정밀하게 줄일 수 있어서 메모리 반도체(DRAM, NAND)처럼 작고, 반복적인 패턴이 필요한 곳에서 많이 사용하는 방법이다.
Next generation lithography (차세대 노광 기술) (2)
파장의 한계를 극복하기 위해 액침 노광, 다중 패터닝 등 여러 공정들을 도입해보았지만, 더욱 미세한 패턴을 구현하기 위해서는 결국 극도로 짧은 파장을 도입하게 되었다. EUV(극자외선)의 등장이다.
EUV는 파장이 너무 짧은 나머지 X-ray의 성질을 띤다. 그렇기에 기존에 사용하던 장비, 공정 등을 완전히 새로 구축 및 설계해야 했다.
기존 ArF(193nm)와의 비교를 간단하게 하자면,
- Source(광원)
: ArF는 엑시머 레이저를 통해 빛을 조사하지만, EUV는 Xe(크세논) 액적()에 고출력 레이저를 쏴서 플라즈마 상태로 만든 후 빛을 조사한다. 이때 EUV 장비 내부는 초고진공 상태로 만들어야만 한다. EUV 빛은 공기 중의 산소나 질소 분자에 닿기만 해도 전부 흡수되어 사라지기 때문이다. - Optics(렌즈 vs 거울)
: ArF는 빛을 굴절시켜 모으는 유리 렌즈를 쓴다. 그러나 EUV 장비는 렌즈 대신 거울을 사용한다.
EUV 빛은 지구상의 어떤 유리 렌즈도 통과하지 못하고 흡수되어 버리기에, 특수 코팅 처리를 하여 반사율을 높인 거울을 사용한다. - Mask(마스크)
: ArF는 빛이 유리 기판을 통과하는 투과형 마스크를 쓴다. 그러나 EUV 장비는 렌즈와 같은 이유로 투과가 아닌 반사형 마스크를 사용한다. EUV는 마스크 유리도 통과하지 못하므로 마스크 자체도 거울로 만들어야 한다.
Next generation lithography (차세대 노광 기술) (3)
이전 세대인 ArF(193nm)와 EUV(13.5nm)의 가장 결정적인 차이는 빛이 물질을 통과할 수 있느냐 없느냐에서 발생한다.
EUV 도입의 근본적 이유는 미세 패턴을 그릴 수 있기 때문이다.
빛은 파장이 짧아질수록 회절 현상이 줄어든다. 파장이 13.5nm인 EUV를 사용하면 빛의 직진성이 매우 강해져서, 아무리 패턴 간격이 좁아져도, PR 패턴 경계면에 딱 정교하게 조사되어 PR의 화학반응을 일으킨다. 이것이 천문학적인 비용을 들여 EUV를 도입한 가장 큰 이유이다.
위에서 설명했듯이, EUV 빛은 X-ray와 비슷해서 공기, 물 심지어 유리 렌즈마저도 통과하지 못하고 모두 흡수되어 버린다. 따라서 기존의 빛을 굴절시키는 투과형 렌즈를 쓸 수 없으며, 빛을 튕겨내는 초정밀 반사 거울 시스템으로 모든 장비 내부를 바꿔야 한다.
그러나 아무리 EUV용 특수 거울을 사용하더라도 한 번 반사될 때마다 빛 에너지의 약 30%가 거울에 흡수되어 날아간다. 광원에서 출발한 빛이 웨이퍼에 도달할 때까지 여러 거울을 거치면 빛이 거의 소멸해버리므로, 설계자는 광학계에 들어가는 거울의 개수를 최소한으로 줄여서 빛의 손실을 막아야 한다. 즉, 적은 수의 거울을 써서 빛을 통제해야 한다.
기존 ArF용 마스크는 투명한 유리에 크롬을 덮어 빛을 가렸다. 하지만 EUV 마스크는 그 자체가 빛을 튕겨내는 다층 반사 거울(Mo/Si)이다. 따라서 웨이퍼에 패턴을 만들고 싶은 위치에만 빛을 완전히 흡수하는 흡수제(주로 TaN 재질)를 올려 미세 패턴을 형성을 가능케 한다.
이때 사용하는 마스크는, EUV를 반사하기 위해 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)을 나이테처럼 40~50겹 번갈아 쌓아 올린 다층 박막 거울을 쓴다. 각 층에서 반사된 빛의 파동이 Bragg's Law에 따라 서로 산(+)과 산(+)이 만나는 보강 간섭(Constructive Interference)을 일으키게 만들어 반사율을 극대화 하는 원리이다. (Bragg's Law는 nλ = 2d sinθ로 표현되는 X-ray 및 EUV 회절/ 반사 원리이다. 자세한 내용은 배우지를 않아서 잘 모른다.)
Next generation lithography (차세대 노광 기술) (4)
EUV 거울은 몰리브덴과 실리콘을 수십 층 번갈아 쌓은 다층 박막(ML, Multilayer) 거울이라는 것을 배웠다. 이 거울에 먼지와 같은 defect(결함)이 생기면 어떤 현상이 발생하는지 알아보자.
defect의 종류는 크게 3가지로 나뉜다.
- Substrate Pit: 맨 바닥인 기판 자체에 미세하게 파인 홈
- Substrate Bump: 맨 바닥 기판 위에 앉은 아주 작은 먼지나 돌출부
- ML Defect: 바닥에는 아무 이상이 없었는데, 다층막(ML)을 층층이 쌓아 올리는 중간에 껴버린 불순물
문제는 어디서 시작되었든 간에, 단 하나의 defect이 존재하면, 이 defect 때문에 그 위로 존재하는 수십 개의 층이 전부 찌그러진다.
이렇게 되면 마스크 다층 내부가 찌그러져 반사율이 급격히 떨어진다.
그리고 증착이 균일하면 오히려 defect 감지가 매우 쉽다.
그러나 높은 반사율을 위해 무리하게 층수를 쌓으면 기판이 스트레스를 받아 휠 수 있기에 적정한 층수를 찾아야한다.
또한 얇은 막들은 원래 평평하게 펴지려는 성질이 있다. 그런데 먼지(Bump) 때문에 억지로 찌그러진 상태로 수십 층 결합하게 되면, 층과 층 사이의 원자들이 서로를 억지로 밀어내거나 당기는 강한 기계적 스트레스(응력)가 내부에 무리하게 쌓이게 된다. 이 스트레스가 한계를 넘으면 두꺼워진 유리 기판이 통째로 미세하게 휘어버리는 일이 발생한다.
위 이미지는 결함 종류에 따라 마스크에 생기는 불량을 실제 사진으로 보여주는 이미지다.
이렇게 포토 공정 이론 포스팅을 마친다.
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