Chapter 18

리소 실험실

앞의 열일곱 장에서 하나씩 만져 본 것을 실험대 하나에 모았다. 레이아웃을 그리고, 보정하고, 마스크로 만들고, 비추고, 현상하고, 식각으로 옮긴다. 초점과 노광량을 흔들어 무늬가 언제 무너지는지 직접 찾는다.

일곱 단계, 상태 하나

이 책의 공정 흐름은 레이아웃 → OPC → 마스크 → 노광 → 레지스트 → 현상 → 식각 전사였다. 지금까지는 장마다 한 단계만 떼어 보았다. 실제 공정에서는 앞 단계의 결과가 그대로 뒤 단계의 입력이 된다. 선 하나를 옮겨 그리면 마스크가 바뀌고, 회절 차수가 바뀌고, 공간상이 바뀌고, 레지스트 가장자리가 움직이고, 식각 뒤 선폭이 달라진다.

아래 실험대의 탭 일곱 개는 서로 다른 시뮬레이터가 아니다. 같은 상태를 단계마다 다른 눈으로 보는 창이다. 어느 탭에서 무엇을 바꾸든 아래 숫자판의 EPE, 최소 CD, 최소 간격, 판정이 함께 움직인다.

모델의 가정 결상은 스칼라 아베 모델, 마스크는 두께 없는 얇은 마스크, 레지스트는 가우시안 번짐 뒤 문턱값 하나로 자르는 모델이다. 편광, 마스크 3D 효과(EUV 그림자), 현상 동역학, 광자 산탄 잡음은 들어 있지 않다. 계산 영역은 가로세로로 끝없이 되풀이되는 주기 경계다. 식각은 수직으로만 깎는 기둥 모델이고 막 두께는 선폭에 비례해 정했다. 판정 규격은 이 장에서 정한 것이다(브리지·끊김 없음, 선폭 오차 ±10% 이내, EPE rms가 선폭의 10% 이하). 경향을 보는 도구이지 양산 조건을 주는 도구가 아니다.

실험대

처음 열면 타깃 LB-28이 EUV 0.33 NA, x 방향 쌍극 조명으로 올라와 있다. 판정이 '규격 밖'인 것부터 확인한다. 선은 다 찍혔지만 이웃 선이 끊긴 자리 옆에서 선폭이 12 nm쯤으로 가늘어진다. ② OPC 탭에서 모델 기반 보정을 돌려 고쳐 본 다음, ④ 노광 탭에서 초점을, ⑤ 레지스트 탭에서 노광량을 끝까지 밀어 무늬가 붙고 끊기는 것을 본다. ① 레이아웃 탭에서는 도형을 직접 그릴 수 있다.

WORKBENCH

리소 실험대

계산 중…
프리셋
도구
도형의 뜻
편집
EPE rms—
EPE 최대—
최소 CD—
최소 간격—
판정—
해볼 것: ① LB-28에서 ② 탭의 모델 기반 OPC를 10단계 돌려 판정이 합격으로 바뀌는지 본다. ② ⑤ 탭에서 노광량을 0.7과 1.4까지 밀어 브리지와 끊김을 만든다. ③ ④ 탭에서 쌍극 x를 쌍극 y나 원형으로 바꿔 세로 선이 통째로 사라지는 것을 본다. ④ ① 탭에서 선 하나를 지우거나 끝-끝 간격을 좁혀 그리고 숫자판이 어떻게 변하는지 본다. ⑤ ⑦ 탭에서 절단선을 선이 끊긴 자리로 끌고, 선택비를 0.2로 내려 하드마스크가 버티지 못하는 것을 본다. 슬라이더를 끄는 동안에는 64 × 64 격자로 빠르게 계산하고 손을 떼면 128 × 128로 다시 계산하므로 숫자가 조금 달라질 수 있다. 모델의 가정은 위 상자와 같다.

숫자판의 네 값은 가장자리 조각마다 잰 것이다. 목표 도형의 가장자리를 짧은 조각으로 나누고, 조각 가운데에서 찍힌 가장자리까지의 거리가 EPE(Edge placement error)다. 찍힌 가장자리에서 도형 안쪽으로 건너간 거리가 그 자리의 CD, 바깥쪽 이웃까지의 거리가 간격이다. 간격이 목표의 1/4 아래로 줄면 브리지, CD가 1/4 아래로 줄면 끊김으로 본다. 여기에 찍힌 도형과 목표 도형의 연결 관계를 비교해, 따로 있어야 할 도형이 붙었는지와 하나여야 할 도형이 갈라졌는지를 함께 검사한다.

내 무늬의 공정 윈도

한 조건에서 합격한 것으로는 부족하다. 10장에서 본 대로 초점과 노광량은 늘 흔들리고, 그 흔들림 안에서 모두 합격해야 쓸 수 있는 공정이다. 아래 버튼은 실험대의 현재 조건을 가운데에 놓고 초점 다섯 값 × 노광량 다섯 값을 한꺼번에 계산한다. 스물다섯 칸의 테두리 색이 곧 지금 레이아웃의 공정 윈도다. 칸을 누르면 그 초점과 노광량이 실험대에 들어간다.

SCAN

초점-노광량 빠른 스캔

계산 중…
칸을 누르면 그 조건으로 간다
합격규격 밖브리지 · 끊김
아직 스캔하지 않았다.
합격 칸—
노광량 창(초점 0)—
초점 창(가운데 노광량)—
해볼 것: ① LB-28을 보정 없이 스캔하고, 모델 기반 OPC 뒤에 다시 스캔해 초록 칸이 어떻게 늘어나는지 본다. ② DUV 클립에서 초점 범위를 150 nm로 넓혀 윈도의 위아래 끝을 찾는다. ③ 고립선 프리셋에서 SRAF를 켜기 전과 후를 비교한다. 창의 크기는 칸 간격으로만 읽으므로 '합격 칸 3개, 간격 5%'는 노광량 창 약 10%라는 뜻이다. 쌍극 조명의 밀집 격자는 두 빔이 대칭이라 초점을 바꿔도 거의 변하지 않는다.

스캔을 해 보면 한 가지가 분명해진다. 윈도를 좁히는 것은 대개 무늬 전체가 아니라 가장 약한 한 곳이다. LB-28에서는 선이 끊긴 자리 옆의 가는 선과 끝-끝 간격이고, DUV 클립에서는 고립선과 선 끝이다. OPC는 그 약한 곳을 다른 곳과 같은 조건에서 맞게 찍히도록 당겨, 저마다 어긋나 있던 윈도를 한자리에 겹치게 만든다.

미션

실험대로 풀 문제 여섯 개다. '준비'를 누르면 필요한 프리셋과 처음 조건이 올라온다. 대부분 처음 조건에서는 실패하게 되어 있다. ①, ②는 조건이 맞는 순간 자동으로 완료되고, ③~⑥은 위의 스캔을 실행했을 때 판정한다. 진행 상황은 이 페이지를 떠나면 지워진다.

MISSION

여섯 가지 과제

진행 0 / 6
TARGET LB-28타깃 파일 · 18장

처음부터 끝까지 직접 돌린다

실험대의 첫 화면이 곧 LB-28의 출발점이다. EUV 0.33 NA, x 방향 쌍극 조명, 문턱 0.335, 번짐 3 nm에서 보정 없이 찍으면 EPE rms는 약 0.6 nm로 작지만, 이웃 선이 끊긴 자리 옆에서 선폭이 약 12 nm로 가늘어져 ±10% 규격을 벗어난다. 모델 기반 OPC를 10단계 돌리면 EPE rms가 약 0.2 nm로 내려가고 최소 선폭이 14 nm 근처로 돌아온다. 그 상태에서 스캔하면 초점 ±60 nm 전체에서 노광량 0.95~1.05배, 즉 약 10%의 창이 열린다. 같은 무늬를 ArF 액침으로 바꾸면 어떤 초점과 노광량에서도 선 여덟 줄이 분해되지 않는다.

이 장에서 정한 것LB-28은 EUV 한 번 노광 + 모델 기반 OPC로 찍힌다. 노광량 창은 약 10%, 초점은 수십 nm 안에서 거의 평탄하다.
아직 남은 문제이 모델에는 광자 산탄 잡음과 마스크 그림자가 없다. 실제 창은 14장의 확률적 결함만큼 더 좁다.
다음 단계⑦ 탭과 오버레이 탭에서 식각 전사와 비아 착지까지 확인하고, 자기 레이아웃으로 같은 과정을 되풀이한다.

핵심 정리

  1. 일곱 단계는 이어져 있다. 레이아웃의 도형 하나를 바꾸면 마스크, 회절 차수, 공간상, 레지스트 가장자리, 식각 뒤 선폭이 차례로 모두 바뀐다.
  2. 찍히느냐는 파장, NA, 조명이 정한다. 피치가 λ/(NA(1+σ))보다 작으면 회절 차수가 동공에 들어오지 못해 노광량이나 OPC로는 살릴 수 없다.
  3. 찍히는 무늬를 규격 안에 넣는 것은 OPC다. 고립선, 선 끝, 끊긴 자리 옆처럼 주변이 다른 곳마다 가장자리를 따로 옮겨야 한다.
  4. 공정 윈도는 가장 약한 한 곳이 정한다. 한 조건에서의 합격이 아니라 초점과 노광량이 흔들리는 범위 전체에서의 합격을 본다.
  5. SRAF는 고립선 둘레에 찍히지 않는 보조 패턴을 세워 밀집선처럼 보이게 하고, 그만큼 초점 여유를 넓힌다. 너무 굵으면 보조 패턴 자체가 찍힌다.
  6. 레지스트 무늬는 끝이 아니다. 트림과 선택비에 따라 식각 뒤 선폭이 달라지고, 위층 비아는 찍힌 선 위에 수 nm 안으로 내려앉아야 한다.

확인 퀴즈

LB-28을 ArF 액침(193 nm, NA 1.35)으로 한 번에 찍으려 했더니 어떤 노광량에서도 선이 분해되지 않았다. 가장 알맞은 설명은?

무늬를 만드는 것은 두 개 이상의 회절 차수가 만나 생기는 간섭이다. 1차가 동공 밖이면 공간상에 피치 28 nm 성분이 아예 없다. 노광량, OPC, 레지스트로는 없는 정보를 만들 수 없다. 그래서 16장의 멀티 패터닝이나 EUV가 필요하다.

실험대의 판정이 '합격'인데 초점-노광량 스캔에서는 가운데 한 칸만 초록이었다. 이 공정에 대한 옳은 판단은?

실제 장비의 초점과 노광량은 웨이퍼 굴곡, 막 두께, 광원 변동으로 늘 흔들린다. 한 점에서만 합격하는 공정은 수율을 낼 수 없다. 윈도를 넓히는 방법은 약한 곳을 고치는 것이다.

고립선에 SRAF를 넣었더니 초점 여유가 넓어졌다. 그런데 SRAF 폭을 더 키우자 판정이 '규격 밖'으로 바뀌었다. 무슨 일이 생긴 것인가?

SRAF는 '회절에는 기여하지만 스스로는 찍히지 않을 만큼 가늘어야' 한다. 폭을 키우면 그 자리의 세기가 문턱 아래로 내려가 레지스트가 남는다. 7장에서 본 대로 SRAF의 폭과 거리는 초점 여유와 찍힘 사이의 타협이다.