3. E95와 k1 팩터의 관계

k1과 E95

그림3: k1과 E95

본 장에서는 E95와 k1 팩터의 관계에 대해 설명합니다. k1 팩터는 프로세스의 난이도를 나타내는 하나의 정의로, 타겟으로 하는 설계 규칙과 노광장치의 NA 및 레이저의 노광 파장에서

k1=설계 규칙 x 노광장치의 NA/레이저의 노광 파장

의 관계로 결정됩니다.

통상 반도체의 양산 공정에서는 높은 제품 수율을 실현하기 위해, k1은 0.4에 가깝게 설정하고 그에 알맞은 노광장치의 NA와 레이저의 노광 파장을 선택합니다. 그러나 최근에 볼 수 있는 것처럼 타겟의 설계 규칙이 축소되면 노광장치의 NA 한계와 레이저의 단파장화의 어려움으로 인해, k1을 0.3 가까이까지 저감해야 할 필요성이 대두되고 있습니다. 예를 들어 KrF 프로세스에서 90nm를 실현할 경우, ArF 프로세스에서 65nm를 실현할 경우가 이에 해당합니다. 비용의 관점에서 보면 k1을 축소하는 것은 타겟에 비해 NA가 비교적 작고, 보다 파장이 긴 레이저를 사용하기 때문에 장치 가격을 경감할 수 있으므로, 반도체 칩의 제조 비용을 억제할 수 있습니다. 과거에 90nm는 ArF 프로세스에서 실현하는 것이 주류였던 것이, 최근에는 KrF 프로세스에서 실현시키는 움직임이 있는 것이 현재의 추세입니다.

한편, k1을 축소하는 것은 제조 공정에서는 한계를 추구하기 때문에 제품 수율이 떨어질 가능성이 있습니다. 이 향상을 위해 망선(reticle)을 연구하여 해상도를 높이는 기술이나 노광장치의 NA를 모의적으로 올리기 위한 액침 기술의 도입이 필요하게 되었습니다.

E95는 k1 팩터의 저감에 크게 기여합니다. 그림3에 각 k1 팩터에 필요한 E95의 상한값을 표시합니다. 그림3에서 k1이 축소됨에 따라 보다 작은 E95가 필요하다는 것을 알 수 있습니다. 이는 타겟 설계 규칙이 축소됨에 따라 노광장치에서 발생하는 색수차의 영향을 낮출 필요가 있으므로, 보다 작은 스펙트럼의 분포가 요구되기 때문입니다. 예로 KrF 프로세스상의 k1이 0.4인 세대는 타겟 설계 규칙이 150nm로, E95의 상한값은 약 1.8pm였습니다. 이에 비해 k1이 0.3인 세대(타겟 설계 규칙 90nm)에서는 E95를 0.8pm까지 축소하지 않으면 색수차의 영향으로 해상(세밀한 부분까지 똑똑히 형태를 비추는 일)할 수 없게 됩니다. 그림으로 나타낸 각 k1에 대한 E95는 타겟을 해상한다는 의미에서 필요한 최저 조건입니다. 여기서 궁금한 것은 E95의 상한값만 지키면 CD의 균일성도 확보할 수 있느냐는 것입니다.

E95 안정성

CD 균일성에 미치는 E95의 안정성 영향

그림4: CD 균일성에 미치는 E95의 안정성 영향

E95에 상한값을 설정하여 그 이하라면 변동하더라도 문제가 없다고 생각된 것은 k1이 0.4 이상인 세대일 때의 이야기입니다. k1이 0.4보다 축소됨에 따라 E95의 변동은 직접적으로 CD에 영향을 미치고 있습니다.

그림4는 KrF 프로세스에서 E95의 변동이 일으키는 CD의 변화(1pm당 변화량)를 k1 팩터별로 추정한 데이터입니다. 조명 조건, 이용하는 레지스터의 특성 등에 따라 다소 차이는 보이지만, 거의 평균적인 결과를 그림으로 나타내고 있습니다. 이를 통해 알 수 있는 것은 KrF 프로세스라도 k1이 0.3인 세대가 되면 E95가 불과 1pm만 변화해도 CD는7-8nm 변화합니다. 이는 k1이 0.4세대의 4배에 상당합니다. ArF 프로세스는 KrF 프로세스의 약 2배의 영향도가 확인되고 있습니다. 다시 말해 k1을 0.3까지 축소하면 그 영향은14-16nm로 커집니다. 이 수준의 CD 오류는 당연히 무시할 수 없는 크기로, 레이저의 E95의 안정화가 차세대 프로세스의 경우, 개선해야 할 큰 과제라는 것을 알 수 있습니다.

이 조사 과정에서 판명된 사실로서 E95가 특히 영향을 미치는 것은 고립선으로, 밀집선에 미치는 영향은 작습니다. 다시 말해 조밀(거칠거나 고운)이 혼재한 패턴에서 문제가 되는 바이어스 발생 등이 E95와 깊이 관련되어 있습니다. 이에 관한 자세한 검토는 이후의 장에서 언급하겠습니다.

지금까지의 논의에서 레이저의 E95가 변동하는 요인에 대해 설명하고, 나아가서 E95가 CD에 미치는 영향도를 정량적으로 제시했습니다. 다음 장에서는 기가포톤이 CD의 안정화를 위해 개발한 E95의 안정화 기술에 대해 소개합니다.