모아의 기웃기웃 · 이해의 작업대
전공정 연재 5 / 10웨이퍼 위 회로 형성 · 포토
빛으로 웨이퍼에 회로 무늬를 어떻게 옮길까?
설계도를 웨이퍼 위에 작게 옮긴 뒤, 아래층을 가공할 곳에만 창을 열어요. 빛이 닿을 때와 실제로 창이 열릴 때를 비교해 보세요.
왜 포토 공정이 필요할까?
칩의 층마다 깎을 자리와 남길 자리가 달라요. 포토 공정은 이 위치를 감광액(PR)의 무늬로 표시합니다. 아래층의 기존 무늬와 새 무늬의 위치도 맞춰야 각 층이 원하는 곳에서 연결돼요.
감광액 도포부터 산화막 식각까지
양성 PR과 DUV 투영 노광을 예로 들어요. 단계를 눌러 비교하거나 처음부터 재생해 보세요.
도포 · 산화막 위를 PR로 덮어요
웨이퍼를 돌려 감광액을 얇게 펴고 가열해 용매를 줄입니다.
레티클에서 빛을 통과시키거나 반사해요
위상 시프트는 빛의 위상을 다루는 설계 방식이에요. EUV 레티클은 극자외선용 반사형 구조를 가리켜요.
위상 시프트 · 무늬 사이가 어두워져요
가까운 두 창에서 퍼진 빛의 파동이 겹쳐요. 한쪽을 반 주기 늦추면 마루와 골이 만나 서로 상쇄돼요.
가운데 밝기
진폭이 같은 두 파동을 더한 모형이에요. 실제 조명과 무늬에서는 상쇄 정도가 달라져요.
EUV 레티클 · 반사된 빛이 무늬를 옮겨요
13.5 nm 빛은 흡수되기 쉬워요. Mo/Si 다층막에서 반사시키고, 흡수체를 놓은 곳은 어둡게 만들어요.
공개 사례의 반사막은 Mo/Si 40쌍이에요. 단면의 층 수와 각도는 이해를 위해 단순화했어요.
EUV 반사형 마스크에서도 위상을 활용하는 흡수체가 연구되고 있어요. imec 흡수체 연구
초점·노광량·정렬을 바꿔 보세요
단순화한 양성 PR과 배선 모형이에요. 그래프와 숫자는 원리를 설명하는 계산 예시입니다.
현상 뒤 창의 폭
빛 에너지가 점선보다 높은 위치에서 PR이 제거된다고 가정해요.
창의 폭
아래 배선과 위 연결 구멍의 겹침
폭 60 nm 배선 위에 폭 40 nm 구멍을 놓은 위에서 본 모형이에요.
가로로 겹치는 폭
실제 장비의 파장과 해상도
- ASML NXT:2000i · 액침 DUV
- 193 nm · NA 1.35다이폴 조명에서 해상도 38 nm, 레티클 무늬 4배 축소
- ASML NXE:3400C · EUV
- 13.5 nm · NA 0.33해상도 13 nm, 장비 간 매칭 오버레이 1.5 nm
CD ≈ k₁ × λ ÷ NA에서 CD는 해상도를 나타내는 대표 치수, λ는 빛의 파장, NA는 개구수, k₁은 조명과 공정 조건을 반영하는 계수예요. 예를 들어 193 nm, NA 1.35, k₁ = 0.30을 넣으면 약 43 nm가 나와요. 위 표는 장비 업체가 특정 조건에서 공개한 사양입니다.
- 초점. EPFL의 248 nm 스테퍼 사례에서는 약 ±0.5 µm를 벗어나면 인쇄 품질이 크게 떨어질 수 있어요. 앞 편에서 웨이퍼를 평평하게 연마한 이유와 연결돼요.
- 노광량. NXE:3400C는 20 mJ/cm²에서 시간당 170장 이상, 30 mJ/cm²에서 135장 이상을 제시해요. PR에 필요한 빛의 양은 처리 속도에도 영향을 줘요.
- 오버레이. 아래층과 새 층의 무늬가 얼마나 어긋났는지 나타내요. 구멍이 배선 옆으로 밀리면 전기적으로 닿을 수 있는 면적이 줄어들어요.
HBM에 들어가는 DRAM에서는?
DRAM의 셀과 배선도 층별로 무늬를 만들어요. SK하이닉스는 1a DRAM 양산에 EUV를 도입했고, 이후 EUV 공정 안정화가 1c DRAM과 HBM 개발에 기여했다고 설명했어요. 필요한 무늬 크기에 따라 한 칩에도 DUV와 EUV를 함께 쓸 수 있어요.