1. 개요

지금까지

반도체 제조용 엑시머 레이저 장치라 하면 거의 모든 분이 높은 운용 비용을 가장 먼저 지적합니다. 운용 비용이 낮은 장치가 좋은 장치라는 개념도 널리 퍼져 있습니다. 사실 레이저 장치의 각 부품을 교환하면 수천만 엔 단위의 비용이 발생하여, 거대한 반도체 산업에서도 운용 비용의 의미에서 그 비용 마련에 골머리를 앓는 사용자가 많은 것이 현실입니다. 또한 노광장치와 함께 사용되는 특성상, 웨이퍼 처리율(throughput)을 좌우하는 한 요인으로 자리잡고 있으므로, 안정적으로 가동하는 것이 의무화되어 있습니다. “저비용과 안정 가동” 이것이 레이저의 전부라고 일컬어진 지 오래입니다.

성능은 비용과 안정 가동만?

레이저 장치의 성능은 실제 웨이퍼 프로세싱상의 해상도, DOF(초점 심도) 등 각종 핵심 성능에 영향을 미치지 않을까요? 답은 크게 영향을 미치기 마련입니다. 대표적인 것으로는 스펙트럼은 해상도에, 파장은 초점(focus)에, 에너지는 균일성에 영향을 미칩니다.

그럼 왜 지금까지 깊이 있게 논의되지 않았던 건가요? 이는 노광장치가 충분한 마진 위에서 가동되고 있었기 때문이라 말할 수 밖에 없었기 때문입니다. 다시 말해 타겟이 되는 해상력에 대해 NA(개구 수), k1(k1=설계 규칙 x 노광장치의 NA/레이저의 노광 파장)이 충분히 크게 잡혔기 때문입니다. 그러나 이제는 KrF의 90nm 노드, ArF의 65nm 노드의 실현을 위해 이 이상 레이저의 성능을 무시할 수 없는 상황이 전개되고 있습니다.

스펙트럼의 영향

친숙한 예로 레이저의 중요성을 소개합니다. 레이저의 성능에서 가장 중요한 성능 지표 중 하나로 스펙트럼을 들 수 있습니다. 스펙트럼에 관한 자세한 내용은 나중에 설명하겠습니다만, 이 스펙트럼의 변동은 직접적으로 CD(Critical Dimension)에 영향을 미칩니다.

논리 패턴 중에서 가장 중요한 것이 게이트 치수의 제어라는 것은 주지의 사실입니다. 게이트는 고립선(isolated line)으로 형성되어 있습니다. ArF 프로세스에서는 90nm(k1=0.4)의 패턴을 형성할 때, 스펙트럼 1pm당 고립선의 CD 변화는 3nm 정도입니다. 또한 k1을 0.35까지 낮추면 그 영향도는 무려 1pm당 8nm나 발생하는 것으로 확인되었습니다. 실제 ArF 레이저의 스펙트럼 변동 폭이 약 0.5pm인 것을 고려하면 레이저만의 영향으로 CD 변화가 4nm 발생하게 됩니다. KrF 프로세스도 ArF 정도는 아닙니다만, 같은 식의 영향을 미칩니다. 이쪽의 영향도는 110nm(k1=0.35)급의 패턴에서 1pm당 4nm입니다.

CD의 치수 제어를 몇 퍼센트로 억제할 필요가 있는 최근의 리소그래피의 세계에서 레이저의 영향을 무시할 수 없다는 것을 이해할 수 있는 사례입니다.