리소그래피 분해능 향상 기술

248nm DUV 광선을 이용해 분해능의 한계인 0.5um DR의 회로를 포토레지스트에 인쇄하면 회절과 산란현상에 의해서 마스크의 패턴과 같은 이미지를 얻을 수 없다. 이러한 광선의 파동현상은 선 폭 주면에서 간섭현상을 일으켜 원래의 마스크 패턴이 왜곡되어 인쇄되기 때문이다. 이런 마스크의 패턴이 왜곡되는 것을 방지하기 위해서 phase shifting masks(PSM)과 optical proximity correction (OPC) 방법이 이용된다.

회절과 산란현상에 의해서 photoresist 박막 위에 왜곡된 이미지가 나타나는 것을 방지하고 IC 설계자가 원하는 모양의 패턴이 나타나도록 원래의 마스크 패턴을 인위적으로 (간섭무늬가 상쇄되도록) 변조시킨 마스크를 이용하여 리소그래피를 하는 방법을 OPC라고 한다.

분해능을 높이기 위해서 NA를 증가시키면 DOF가 낮아진다. NA를 증가시키면서 DOF를 높이는 광학적인 방법을  off-axis illumination (OAI)라고 한다. OAI는 마스크를 통해서 산란이 되어 나오는 광선 전체 (-1차, 0차, +1차)를 렌즈로 집광하는 대신  0차와 +1차 광선만을 집광하여 DOF를 높이는 기술이다.

* 차수 > 이중슬릿(Young의 간섭실험)

광선의 파동의 일관성(coherence)을 변화시키면 시그마를 조절할 수 있어 리소그래피의 성능을 최적화하여 보다 선명한 선 폭의 이미지를 인쇄하는 방법을 annular illumination (AI)이라 한다. 광선의 일관성을 조절하면 회절과 산란현상을 억제할 수 있어 간섭무늬를 어느 정도 제거할 수 있기 때문이다. 광선 단면 내부를 광학적으로 가리면 일관성을 조절할 수 있다.

* coherence 가간섭성. 결맞음. 간섭을 할 수 있는 정도, 어떤 빛이 결이 맞는 정도를 나타냄. coherence가 높을 수록 방향성과 빛이 가지는 파장의 대역폭이 일치한다.

Photoresist 박막은 광선에 대해서 웨이브 가이드 역할을 한다. Photoresist 내부에서 반사/투과된 광선은 결국 CD제어를 어렵게 하고 ACLV를 높이는 결과를 초래한다. 또한 Photoresist 내부에서 발생되는 정현파 현상과 지지기판 표면의 물리적 화학적 불균일도 리소그래피의 성능을 저하시킨다. 선폭이 0.35um 이하로 내려가면서 이러한 현상은 더욱 심하게 나타난다. 이런 현상 발생을 방지하기 위해 antireflective coating (ARC)을 지지기판 위에 증착하여  photoresist 내부에서 반사파 발생을 억제하는 방법과  photoresist에 색소분자를 첨가하여 반사파를 흡수시키는 방법이 이용되고 있다. ARC 증착은 spin coating 방법을 사용했으나 선폭이 0.35um 이하로 내려가면서 보다 정확한 ARC 박막과 두께 제어가 필요하여 CVD를 이용하고 있다.

전자통신동향분석 = Electronics and telecommunications trends v.13 no.5 = no.53, 1998년, pp.38 - 52