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EUV 포토마스크 제작과 펠리클 기술: 극자외선 노광 공정의 핵심 요소

by gases 2025. 2. 11.

 

EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피는 반도체 미세공정의 한계를 극복하기 위해 도입된 차세대 노광 기술입니다. 13.5nm 파장의 EUV 광을 사용하여 초미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 이 공정에서는 포토마스크와 펠리클 기술이 결정적인 역할을 합니다. 본 글에서는 EUV 포토마스크의 제작 공정, 구조와 주요 기술적 도전 과제, 그리고 포토마스크를 보호하기 위한 펠리클의 역할과 기술적 난제를 자세히 알아보겠습니다.

1. EUV 포토마스크의 제작 및 기술

1.1. 포토마스크의 개념과 구조

전통적인 노광 공정에서 사용되는 투과형 포토마스크와 달리, EUV 리소그래피는 EUV 광이 대부분의 재료에 의해 흡수되기 때문에 반사형 포토마스크가 사용됩니다.

  • 구조:
    • 기판: 보통 고순도의 플라스틱이나 유리 기판 대신 내열성이 뛰어난 소재(예: 초정밀 거울 역할을 하는 기판)가 사용됩니다.
    • 멀티레이어 반사체: 수십 개의 Mo/Si(몰리브덴/실리콘) 등으로 이루어진 다층 박막 구조가 기판 위에 증착되어, EUV 광을 반사시키는 역할을 합니다.
    • 흡수재(어브소버): 패턴 형성을 위해 다층 반사체 위에 특정 부분만 선택적으로 식각되어 남는 흡수재가 있으며, 이를 통해 웨이퍼에 원하는 패턴을 전사합니다.

1.2. 제작 공정 및 기술적 도전

EUV 포토마스크 제작은 매우 정밀한 공정이 요구되며, 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

  • 멀티레이어 증착:
    수십에서 수백 층에 이르는 반사 다층막을 균일하게 증착하는 것이 핵심입니다. 이 과정에서 두께 오차가 1nm 단위로 관리되어야 하며, 미세한 불순물도 패턴 왜곡을 유발할 수 있습니다.
  • 패턴 형성 및 식각:
    최신 리소그래피 기술을 활용해 포토레지스트를 도포하고, 초정밀 노광 장비를 사용하여 패턴을 전사한 후, 식각 공정을 통해 흡수재 패턴을 형성합니다.
  • 결함 관리:
    EUV 포토마스크는 사용되는 광원의 에너지와 파장이 짧기 때문에, 미세 결함 하나도 패턴 전사에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 결함 검출 및 보정 기술이 필수적입니다.

이처럼 EUV 포토마스크 제작은 극도의 정밀도와 고도의 청정 환경을 요구하며, 제작 비용과 기술적 난이도가 매우 높은 분야입니다.

2. 펠리클(Pellicle)의 역할과 기술적 난제

2.1. 펠리클의 정의와 역할

펠리클은 포토마스크의 표면에 얇은 투명막을 씌워, 외부의 미세 먼지나 입자가 포토마스크에 부착되는 것을 방지하는 보호막입니다.

  • 주요 역할:
    • 오염 방지: 노광 과정 중 발생할 수 있는 미세 입자의 부착을 차단하여, 패턴 전사의 정확성을 유지합니다.
    • 수명 연장: 포토마스크의 표면 손상을 줄여, 장기간 안정적인 사용이 가능하도록 돕습니다.

2.2. EUV 펠리클의 기술적 과제

EUV 노광 공정에서 펠리클은 특별한 기술적 도전을 안고 있습니다.

  • 고투과율 요구:
    EUV 광은 파장이 매우 짧아 대부분의 소재에 의해 흡수되므로, 펠리클은 90% 이상의 투과율을 가져야 합니다. 이를 위해 극히 얇고, 내구성이 뛰어난 특수 소재가 필요합니다.
  • 내열성과 내방사선성:
    EUV 광은 높은 에너지를 가지고 있어 펠리클이 쉽게 손상될 수 있습니다. 따라서, 고온 및 강한 방사선에 견디는 소재와 구조 설계가 필수적입니다.
  • 제조 공정의 난이도:
    펠리클은 포토마스크 표면에 정확하게 부착되어야 하며, 그 두께와 균일도가 극히 중요합니다. 이를 위한 첨단 제조 기술과 정밀 제어 시스템이 요구됩니다.

최신 연구에서는 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄)나 기타 내열성 고투과 소재를 사용한 펠리클이 개발되고 있으며, EUV 공정의 효율과 포토마스크의 수명 연장을 위해 지속적으로 개선되고 있습니다.

EUV 포토마스크 제작과 펠리클 기술은 극자외선 노광 공정에서 필수적인 요소로, 반도체 미세공정의 혁신을 뒷받침합니다.

  • EUV 포토마스크:
    다층 반사체와 흡수재를 이용해 초미세 패턴을 구현하는 고도의 기술 집약체로, 결함 관리와 정밀도가 핵심입니다.
  • 펠리클:
    포토마스크 보호를 위한 필수 장치로, 고투과율, 내열성, 내방사선성 등 엄격한 요구 조건을 만족해야 합니다.

이러한 기술들은 앞으로 반도체 제조 기술의 발전과 함께 더욱 중요해질 것이며, 관련 연구와 투자 역시 지속적으로 확대될 전망입니다.

References / 참고자료

  1. Applied Materials, "EUV Lithography and Photomask Technology", 공식 기술 자료 및 백서.
  2. ASML, "The Future of EUV: Challenges and Solutions", 기술 보고서 및 프레젠테이션 자료.
  3. IEEE Xplore – "Advances in EUV Pellicle Technology for Photomasks", 학술 논문.
  4. Global Semiconductor Equipment Market Report, 최신 시장 조사 보고서.
  5. 주요 반도체 제조업체 및 EUV 관련 산업 컨퍼런스 발표 자료.

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