DUV(심자외선)란?

반도체 노광에 사용하는 심자외 영역의 빛. DUV 노광은 일반적으로 KrF 엑시머 레이저(248 nm)와 ArF 엑시머 레이저(193 nm)를 광원으로 하는 노광을 가리킨다.

일본어 명칭: DUV(深紫外線)

DUV(심자외선)은(는) 실리콘 포토닉스 등 1개 분야의 연습 문제 1개에 나와요.

DUV 노광의 광원

노광의 광원은 수은 램프의 g선(436 nm)과 i선(365 nm)에서 더 짧은 파장의 심자외선(DUV)으로 옮겨 왔습니다. DUV 노광의 광원은 엑시머 레이저로, 크립톤과 불소를 쓰는 KrF는 248 nm, 아르곤과 불소를 쓰는 ArF는 193 nm의 빛을 냅니다. KrF는 1990년대 후반의 0.25 µm 세대부터 본격적으로 사용되었고, 화학 증폭형 레지스트와 함께 보급되었습니다. 파장이 더 짧은 157 nm의 F2 레이저도 개발되었지만, 렌즈 재료 등의 문제와 ArF 액침 노광의 등장으로 양산에는 사용되지 않았습니다.

드라이 ArF와 ArF 액침

해상할 수 있는 치수는 레일리 식 R = k1·λ/NA로 근사되며, 파장 λ가 짧고 개구수 NA가 클수록 미세한 패턴을 만들 수 있습니다. 렌즈와 웨이퍼 사이가 공기인 드라이 ArF에서는 NA가 0.93 정도가 한계이지만, ArF 액침 노광은 그 사이를 물로 채우고 193 nm에서의 물의 굴절률(약 1.44)을 이용해 NA를 1.35까지 높입니다. 예를 들어 NA 1.35, k1 0.27이면 R ≈ 39 nm(하프 피치)가 되며, 더 미세한 패턴은 SADP 같은 멀티 패터닝을 조합하여 만듭니다.

DUV와 EUV의 차이

EUV 노광은 파장 13.5 nm의 극자외선을 사용하며, DUV의 193 nm의 약 14분의 1의 파장으로 1회 노광에 더 미세한 패턴을 그릴 수 있습니다. 다만 EUV의 빛은 공기나 유리에도 강하게 흡수되므로, 진공 속에서 다층막 반사경과 반사형 마스크를 사용합니다. DUV는 석영과 불화칼슘의 렌즈와 투과형 마스크를 사용하며, 진공이 필요하지 않습니다. 장비는 EUV가 훨씬 비싸고, DUV는 성숙한 기술로서 비용과 생산성이 뛰어납니다. EUV의 NA는 0.33이며, NA 0.55의 High-NA EUV도 2020년대 중반부터 도입이 시작되었습니다.

현재의 사용 구분

최첨단 로직이나 DRAM의 제조에서도 EUV는 가장 미세한 패턴이 필요한 층에만 사용되며, 그 밖의 많은 층은 ArF 액침, 드라이 ArF, KrF로 노광합니다. 정밀도가 덜 필요한 층이나 이온 주입용 패턴에는 KrF나 i선도 사용됩니다. 성숙 노드의 로직, 파워 반도체, 아날로그, MEMS, 실리콘 포토닉스는 주로 DUV 노광으로 만들어집니다. 그래서 DUV 스캐너, 엑시머 레이저, 레지스트는 EUV가 보급되어도 반도체 제조에 빼놓을 수 없는 기술입니다.

도전해 보기: DUV(심자외선) 관련 문제

실리콘 포토닉스가 반도체 공장에서의 양산에 적합하다고 하는 주된 이유는?

ACMOS와 같은 실리콘 재료와, 대구경 웨이퍼, 리소그래피, 식각 등의 장비와 공정을 사용할 수 있기 때문에
B도파로의 치수가 최첨단 로직과 같은 수 nm 정도여서, 최신 EUV 노광을 그대로 활용할 수 있기 때문에
CInP 등의 화합물 반도체도 실리콘과 완전히 똑같이 CMOS 공장에서 자유롭게 다룰 수 있기 때문에

정답과 해설 보기

정답: A. CMOS와 같은 실리콘 재료와, 대구경 웨이퍼, 리소그래피, 식각 등의 장비와 공정을 사용할 수 있기 때문에

실리콘 포토닉스에서는 SOI 웨이퍼 위에 리소그래피와 건식 식각으로 도파로를 만들고, 이온 주입으로 변조기의 pn 접합을, 선택적 에피택셜 성장으로 Ge 광검출기를 만들며, 금속 배선으로 전극을 연결합니다. 모두 CMOS 공장에서 확립된 재료와 공정으로, 200 mm나 300 mm 웨이퍼에서 높은 정밀도와 재현성을 가지고 양산할 수 있습니다. 도파로의 폭은 수백 nm 정도이므로 최첨단 로직만큼의 미세화는 필요 없고, DUV 노광으로 충분합니다. 한편 InP 등의 화합물 반도체는 오염 우려가 있어, 일반적으로 CMOS 공장과는 분리하여 다룹니다.

자주 묻는 질문

DUV와 EUV는 무엇이 다른가요?

DUV는 KrF(248 nm)나 ArF(193 nm) 엑시머 레이저를 사용하여 렌즈와 투과형 마스크로 노광합니다. EUV는 13.5 nm의 빛을 사용하므로 진공, 반사경, 반사형 마스크가 필요합니다. EUV는 1회 노광으로 더 미세한 패턴을 그릴 수 있지만 장비가 비쌉니다.

ArF 액침 노광도 DUV인가요?

그렇습니다. ArF 액침 노광은 ArF 엑시머 레이저(193 nm)를 사용하는 DUV 노광으로, 렌즈와 웨이퍼 사이를 물로 채워 개구수를 1.35까지 높인 것입니다.

i선 노광은 DUV인가요?

보통은 DUV에 포함하지 않습니다. i선은 수은 램프의 365 nm의 빛이며, DUV 노광은 보통 KrF나 ArF 엑시머 레이저에 의한 노광을 가리킵니다.

해설 속 DUV(심자외선)

도파로의 폭은 수백 nm 정도이므로 최첨단 로직만큼의 미세화는 필요 없고, DUV 노광으로 충분합니다.
실리콘 포토닉스가 반도체 공장에서의 양산에 적합하다고 하는 주된 이유는?

DUV(심자외선)이(가) 나오는 문제 (1)

실리콘 포토닉스가 반도체 공장에서의 양산에 적합하다고 하는 주된 이유는?

이 용어가 포함된 비교

EUV와 DUV 리소그래피의 차이는 무엇일까EUV와 DUV(ArF 액침) 리소그래피를 표로 비교합니다. 파장, 광원, 광학계, 마스크, 해상도, 비용, 결함, 각각의 사용처를 다룹니다.