[포토공정] 극자와선(EUV) 공정과 난이도

극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet) 공정

반도체 산업에서 EUV란 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 의미한다.

 

EUV 광원은 기존 공정에 사용 중인 불화아르곤(ArF)의 광원 193nm보다 파장이 훨씬 짧기 때문에, 더 미세한 패턴을 형성할 수 있다. EUV는 13.5nm의 파장을 활용하기에 기존 불화아르곤보다 더 미세한 패터닝이 가능하다.

ASML EUV 장비

EUV 공정이 어려운 이유

1. EUV 공정을 진행하기 위해서는 공기에 의한 EUV 흡수를 막기 위해 진공상태를 만들어야 한다.
2. 빛 흡수가 큰 렌즈 대신 반사거울을 이용한 광학 시스템을 구축해야 한다. 이때 이 반사거울도 EUV가 흡수되기 때문에 이를 최소화하기 위해 몰리브덴과 실리콘을 층층이 쌓은 다층 박막 거울을 사용해야 한다. ASML이 사용 중인 바사 거울은 거울 당 약 70%, 8개 거울 사용 시 5.8%만 도달하게 된다.
3. 공기와 거울 등에 의해 처음 생성한 빛의 96%가 흡수된다. 따라서 원하는 만큼의 조사량을 만들어주기 위해서 그보다 훨씬 큰 에너지 빛을 쏴주어야 한다.
4. 패터닝을 위한 마스크도 문제이다. 기존의 석영+크롬으로 된 투과형 마스크(장당 1.2억 원)가 아닌, 완전히 새로운 물질을 이용해 새로운 방식의 반사형 마스크(장당 10억 원 이상)를 사용해야 한다.
5. 펠리클도 문제이다. 마스크를 보호해 주는 펠리클은 공정에서 발생하는 Particle을 막아주는 역할을 한다. 기존 ArF 파장의 펠리클은 존재하나 EUV에 적절한 펠리클은 개발에 난항을  겪고 있다.
6. 장비가 EUV로부터 발생하는 엄청난 열을 견뎌야 하는 문제가 있다. 거울이나 공기 중에 흡수되는 빛 에너지는 열로 바뀌게 되는데, 이 때문에 노광장비의 온도가 상승하여 장비의 부품에 변형을 일으킨다. 또한 파장이 짧을수록 부품 표면에서 다 흡수되기 때문에 표면 온도만 높아져 열변형 등이 일어날 가능성이 크다. 따라서 온도 상승을 막기 위해 고성능 냉각 시스템이 필요하게 되는데, 이때 발생하는 진동으로 정밀도가 떨어지는 어려움이 있다.

2023.05.13 - [취업/반도체 이론 정리] - 포토공정이란?

포토공정이란?