도시바와 일본 산업기술총합연구소(산총연)는 고밀도집적회로(LSI)용 노광기술(리소그래피)의 정밀도를 약 20% 향상시킬 수 있는 마스크패턴 최적화 기술을 공동개발했다고 지난 15일 발표했다.

이 기술을 사용하면 현행 액침 불화아르곤(ArF) 엑시머레이저 노광장치의 기술적 수명을 1기술세대 이상 연장하는 것이 가능한 것으로 전해졌다.

이번에 개발된 기술은 마스크 위의 비해상패턴의 최적배치를 결정하는 알고리즘으로, 국소최적화를 반복해 효율적 최적값을 얻는 ‘최적구배법’ 채용 등으로 치수정밀도를 약 20%향상시켰다는 것이 도시바 측의 설명이다.

비해상패턴은 메인패턴의 전사상을 변조시켜 해상도와 치수정밀도를 향상시키는 서브패턴으로, 노광정밀도가 한계에 다다르면서 그 배치를 최적화하는 계산이 곤란해져 정밀도 향상에 제약을 받아 왔다.

도시바와 산총연에서는 이번 성과의 연내 실용화를 목표로 지속적인 개량에 나선다는 계획이다.

또한 이번 성과에 대해 오는 21일부터 25일까지 미국 캘리포니아 산호세에서 개최되는 리소그라피 국제학회SPIE(International Society for Optical Engineering)에서 현지 시간 25일 발표할 예정이다.

ArF 엑시머레이저 광원에 의한 노광기술은 빛의 위상변조를 이용하는 위상 시프트마스크, 물에 의한 빛의 굴절률을 높이는 액침기술 등 각종 고해상기술에 의해 3nm세대까지 수명을 연장해왔다.

그러나 차세대에는 액침 ArF 노광의 정밀도가 한계에 부딪혀 2단계의 섬세한 상을 전사하는 ArF 2회노광이나 파장이 더욱 짧은 EUV노광으로 이행의 필요하다는 예측이 제기돼 왔다.

반면 도시바와 산총연은 액침 노광마스크의 개량에 의한 ArF 엑시머레이저노광장치의 수명연장을 목표로 연구에 매진해 왔다고 회사는 설명했다.

비해상패턴의 배치를 결정하는 기존 알고리즘으로는 메인패턴과의 거리를 규정한 다음 최적화하는 ‘룰 베이스 방법’이나 광학계 비선형함수를 이용해 추정하는 ‘간섭 맵 방법’, 원하는 전사패턴으로부터 역연산하는 ‘인버스 리소그라피’ 등의 방법이 있다.

그러나 각각 패턴 배치의 다양성이 결여돼 있고, 고속이지만 패턴에 따라서는 최적배치로부터 미소한 오차가 생겨, 처리시간이 길어지는 과제를 안고 있어 노광정밀도 향상의 장벽이 돼 왔다는 것이다.

이번에 개발된 독자 알고리즘은 비해상 패턴 최적배치를 위해 ‘최적구배법’을 베이스로 한 것이다.

최적구배법은 국소검색의 대표적 방법으로 현재값의 부근에서 가장 개선된 값을 채용하는 작업을 반복해 효율적인 최적값에 도달할 수 있으며 이로써 치수정밀도가 기존보다 약 20% 개선된 6nm를 표현할 수 있게됐다.

또한 간섭 마스크법과 조합을 통해 고정밀화와 고효율화를 양립한 점도 눈에 띈다.


=용어 설명
-노광기술(리소그라피 기술)
전자회로설계 툴로 설계된 회로패턴을 실리콘웨이퍼 상에 형성하기 위한 인쇄기술의 하나. 광원에서 나온 빛이, 회로패턴이 투과하도록 그려진 노광마스크를 통과해 축소투영렌즈를 거처 실리콘웨이퍼 위에 형성된 감광성수지(포토레지스트)에 전사된다.

-비해상패턴
노광을 통한 전사에 의해, 실리콘웨이퍼 상에서는 해상되지 않는 노광마스크 상의 패턴. 노광광의 위상특성을 개선, 메인패턴에 의해 실리콘웨이퍼 상에 전사되는 상을 개선하는 효과가 있다.

-노광마스크
노광기술에서 회로패턴을 실리콘웨이퍼에 전사하기 위한 원판으로, 일반적으로는 전사하고자 하는 회로패턴을 빛이 투과하는 부분과 빛이 차광되는 부분에 의해 정의된 마스크패턴으로서 그려져 있다.

-메인패턴
노광을 통한 전사에 의해 실리콘웨이퍼 상에 해상되는 노광마스크 상의 회로패턴

-해상도
노광을 통한 전사에 의해 실리콘웨이퍼 상에 해상되는 패턴의 최소치수.

-노광정밀도
노광기술에 있어서 노광가능한 한계 치수정밀도.

-고해상기술
실리콘웨이퍼 상에 형성한 회로패턴치수가 광원 파장보다 작기 때문에 바르게 전사되지 않는 현상을 개선하기 위한 기술. 고해상기술이라고 불리는 기술은 위상시프트마스크, 변형조명, 액침기술, 광근접효과보정 등이 있다.

-EUV노광
파장 13.5nm의 극단자외선을 광원으로하는 노광기술.

-액침 ArF 엑시머레이저 노광
액침노광이란 고해상도의 회로패턴을 형성하기 위해 노광장치의 대물렌즈와 웨이퍼 사이를 액체로 채움으로써 축소투영렌즈의 성능을 대기중의 한계치를 넘는 레벨까지 향상시키는 기술이다. 그중 ArF 엑시머레이저노광은 파장 193nm의 ArF 엑시머레이저를 광원으로 한 노광기술이다.

-기술세대
세계 각국의 유력 반도체제조메이커나 장치·재료메이커, 그리고 대학의 전문가들로 구성된 위원회에 의해 정의된 반도체기술 로드맵인 ITRS(국제반도체기술로드맵: International Technology Roadmap for Semiconductors)에서 반도체의 미세화를 표현하는 수치, 테크놀로지노드라고도 한다.