[논문]스핀코터를 이용한 박막의 기계적 안정성 평가

김지은; 김정환; 홍성철; 조한구; 안진호

스핀코터를 이용한 박막의 기계적 안정성 평가
Mechanical Stability Evaluation of Thin Film with Spin-coater 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.1, 2016년, pp.6 - 11

김지은 (한양대학교 자연과학대학 나노융합과학과) , 김정환 (한양대학교 공과대학 신소재공학과) , 홍성철 (한양대학교 공과대학 신소재공학과) , 조한구 (한양대학교 나노과학기술연구소) , 안진호 (한양대학교 공과대학 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

For high volume manufacturing using extreme ultraviolet (EUV) lithography, mask protection from contamination during lithography process must be solved, and EUV pellicle is the strongest solution. Based on the technical requirements of EUV pellicle, EUV pellicle should have large membrane area ($110{\times}140mm^2$) with film transmittance over 90% and mechanical stability. Even though pellicle that satisfies size standard with high transmittance has been reported, its mechanical stability has not been confirmed, nor is there a standard to evaluate the mechanical stability. In this study, we suggest a rather simple method evaluating mechanical stability of pellicle membrane using spin-coater which can emulate the linear accelerated motion. The test conditions were designed by simulating the acceleration distribution inside pellicle membrane through correlating the linear acceleration and centripetal acceleration, which occurs during linear movement and rotation movement, respectively. By these simulation results, we confirmed the possibility of using spin-coater to evaluate the mechanical stability of EUV pellicle.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 펠리클 박막의 기계적 안정성 조건 중에서도 노광기 내 스테이지 가속도 조건 100 m/s²에대한 안정성을 스핀코터를 사용하여 유추적으로 확인 하는 방법을 제시한다. 스핀코터는 원운동으로 진행되지만, 이를 각 지점에서의 선형적 운동으로 해석하여 펠리클의 가속도 안정성을 확인하는 실험을 진행하였다.
더불어 구심가속도이기에 발생할 수 있는 펠리클 면적 내부 가속도의 분포 계산을 통해 실험의 신뢰성을 보완해주었다. 본 연구에서는 물리적 공식을 통해 구심가속도를 선형적으로 분석한 스핀코터를 이용한 펠리클 박막의 가속도 안정성 확인 실험을 설계하였고, 이 실험은 다양한 펠리클 박막에 있어서도 공통적으로 사용할 수 있는 실험이라는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다.
또한, 최대와 최소 가속도 차이가 가장 작게 하기 위해 회전축과 펠리클 박막의 최단거리와 최대거리 차이를 최대한 작게 놓아야 하고, 이 때 위치는 운동 궤도의 접선에 펠리클 박막의 한 면이 있을 때이다. 이와 같이 수식을 계산하여 회전 시 받는 펠리클 박막 내부의 가속도 분포를 확인하며, 이를 바탕으로 스핀코터로 펠리클의 기계적 안정성 평가의 가능성을 확인하였다.

가설 설정

953 이하를 가져야 한다. 접선가 속도를 구하는 공식에 의해 초 당 rpm의 변화가 91.1이하이면, 그 크기 값이 구심가속도에 비해 1% 이하를 가짐으로 이를 무시하고 구심가속도만 존재한다고 가정할 수 있다. 이 크기는 가속과 감속 구간에서 접선의 기울기를 의미한다.
1은 예상되는 실험 모식도로 위에서 본 이미지를 나타낸다. 펠리클 샘플은 스핀 코터의 중심축으로부터 특정한 거리에 위치하며, 펠리클은 프레임 위에 박막이 부착되어 있는 구조를 가정 하였다.

제안 방법

회전 운동시 접선가속도와 구심가속도를 가지는 영역이 존재하지만, 접선가속도 크기를 구심가속도 크기의 1% 이내로 설정한 후 무시하여 구심가속도만을 고려하였다. 더불어 구심가속도이기에 발생할 수 있는 펠리클 면적 내부 가속도의 분포 계산을 통해 실험의 신뢰성을 보완해주었다. 본 연구에서는 물리적 공식을 통해 구심가속도를 선형적으로 분석한 스핀코터를 이용한 펠리클 박막의 가속도 안정성 확인 실험을 설계하였고, 이 실험은 다양한 펠리클 박막에 있어서도 공통적으로 사용할 수 있는 실험이라는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다.
이 조건에서 연구를 통해 유도한 식을 이용하여, 회전축에서 펠리클까지의 거리에 따른 rpm을 설정 할 수 있다. 또한 회전축에서 펠리클까지의 거리에 따른 펠리클 박막 내 최대가속도와 최소가속도의 차이를 분석하였다.
선형운동과 가능한 유사하게 전 박막 영역에서의 가속도 차이를 작게 하고, 결함 등 박막 자체특성 이외의 변수를 최소화하기 위해서 펠리클의 박막 면적은 10 × 10 mm2 로 설정하였고, EUV 펠리클의 가속도 기준인 100 m/s2 를 중간(median) 값으로 설정하였다.
선형운동과 유사하게 실험을 계획하기 위해 회전 시 펠리클 면적 내 최대와 최소 가속도 차이를 10% 이내로 계획하였으며, EUV 펠리클 필요조건 중 가속도 조건을 고려하여 펠리클 면적 내 가속도의 크기는 100 ± 5 m/s2 로 설정하였다.
에대한 안정성을 스핀코터를 사용하여 유추적으로 확인 하는 방법을 제시한다. 스핀코터는 원운동으로 진행되지만, 이를 각 지점에서의 선형적 운동으로 해석하여 펠리클의 가속도 안정성을 확인하는 실험을 진행하였다. 실험의 설계는 모델링을 통해 선형 가속도 100 m/s²의 환경을 스핀코터로 구현하였으며, 추가적으로 펠리클 박막내의 가속도 분포를 계산하여 구심가속도를 선형적으로 변환 근거를 보충하였다.
스핀코터는 원운동으로 진행되지만, 이를 각 지점에서의 선형적 운동으로 해석하여 펠리클의 가속도 안정성을 확인하는 실험을 진행하였다. 실험의 설계는 모델링을 통해 선형 가속도 100 m/s²의 환경을 스핀코터로 구현하였으며, 추가적으로 펠리클 박막내의 가속도 분포를 계산하여 구심가속도를 선형적으로 변환 근거를 보충하였다. 이 결과를 통해 EUV 펠리클의 가속도 안정성 평가 장비로써 스핀코터의 활용가능성을 확인하였다.
안정성에 대해 정형화 된 실험방법이 없는 현재, 스핀 코터를 이용하여 펠리클 박막의 특성조건중 하나인 가속도에 대한 안정성을 확인하는 실험을 제시하였다. 펠리클이 실제 노광기 내부에서 선형 운동하는 것을 회전운동 시 받는 가속도를 선형적으로 계산하여 스핀코 터를 이용한 펠리클 가속도 안정성 평가 실험을 구축 하였다.
최소, 최대 가속도가 각각 95, 105 m/s² 라고 고정한 후 식 6과 7에 대입하여 회전축에서 펠리클까지의 최단거리 r_m을 구할 수 있으며, 구한 r_m과 가속도 값을 통해 rpm을 설정 할 수 있다. 이를 통해 펠리클 박막 내 최대가속도와 최소가속도의 차이를 줄여 선형가속도를 구심가속도로 분석하는 모델을 확보하였다.
안정성에 대해 정형화 된 실험방법이 없는 현재, 스핀 코터를 이용하여 펠리클 박막의 특성조건중 하나인 가속도에 대한 안정성을 확인하는 실험을 제시하였다. 펠리클이 실제 노광기 내부에서 선형 운동하는 것을 회전운동 시 받는 가속도를 선형적으로 계산하여 스핀코 터를 이용한 펠리클 가속도 안정성 평가 실험을 구축 하였다. 회전 운동시 접선가속도와 구심가속도를 가지는 영역이 존재하지만, 접선가속도 크기를 구심가속도 크기의 1% 이내로 설정한 후 무시하여 구심가속도만을 고려하였다.
펠리클이 실제 노광기 내부에서 선형 운동하는 것을 회전운동 시 받는 가속도를 선형적으로 계산하여 스핀코 터를 이용한 펠리클 가속도 안정성 평가 실험을 구축 하였다. 회전 운동시 접선가속도와 구심가속도를 가지는 영역이 존재하지만, 접선가속도 크기를 구심가속도 크기의 1% 이내로 설정한 후 무시하여 구심가속도만을 고려하였다. 더불어 구심가속도이기에 발생할 수 있는 펠리클 면적 내부 가속도의 분포 계산을 통해 실험의 신뢰성을 보완해주었다.

데이터처리

거리에 따른 가속도 분포에 대한 보정을 위하여 펠리클 박막 내 각 질점들의 가속도 값을 MathWorks 社 Matlab 프로그램으로 계산하였다. 이는 회전축에서 펠리클 박막 내부 각 질점까지 거리, 스핀코터의 회전속도(revolutions per minute: rpm), 펠리클 박막의 크기를 고려하여 계산하였다.

성능/효과

15 m으로 추가 설정한 후 가속도의 중간값이 100 m/s² 가 되도록 rpm을 407 및 243으로 각각 설정하여 펠리클 박막내 가속도 분포를 확인한 이미지이다. 가속도 값을 색으로 나타내는 컬러 바(color bar)에서 파란색은 최소 값인 90 m/s² , 빨간색은 최대값인 110 m/s² 로 고정하였으며, Table 1에는 최단거리에 따른 최소가속도, 최대가속도와 그 차이 정리를 통해 회전축과 펠리클의 거리가 길어짐에 따라 가속도 차이가 줄어드는 것을 확인하였다.
실험의 설계는 모델링을 통해 선형 가속도 100 m/s²의 환경을 스핀코터로 구현하였으며, 추가적으로 펠리클 박막내의 가속도 분포를 계산하여 구심가속도를 선형적으로 변환 근거를 보충하였다. 이 결과를 통해 EUV 펠리클의 가속도 안정성 평가 장비로써 스핀코터의 활용가능성을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극자외선 노광 기술의 특성은 무엇인가?	극자외선 노광 기술 (EUV lithography, EUVL)은 가장 유력한 차세대 노광기술로서, 기존 ArF 노광 기술에 사용되는 파장보다 14배 짧아진 파장을 사용하기 때문에 해상력을 향상시킬 수 있지만, 이와 동시에 대부분의 물질에 흡수가 잘 되는 특성을 갖게 되며 기존 노광공정과 대비하여 노광공정 중 발생하는 마스크 오염 방지의 필요성이 크게 대두되었다[1-3]. 펠리클은 오염물질로부터 마스크를 보호하여 마스크 수명을 증가시키고, 오염물질이 펠리클에 흡착되었을 경우 오염물질로 인한 패턴 이미지의 초점을 웨이퍼 위 감광제면에서 벗어나게 만든다[4-6].
	펠리클의 장점은 무엇인가?	극자외선 노광 기술 (EUV lithography, EUVL)은 가장 유력한 차세대 노광기술로서, 기존 ArF 노광 기술에 사용되는 파장보다 14배 짧아진 파장을 사용하기 때문에 해상력을 향상시킬 수 있지만, 이와 동시에 대부분의 물질에 흡수가 잘 되는 특성을 갖게 되며 기존 노광공정과 대비하여 노광공정 중 발생하는 마스크 오염 방지의 필요성이 크게 대두되었다[1-3]. 펠리클은 오염물질로부터 마스크를 보호하여 마스크 수명을 증가시키고, 오염물질이 펠리클에 흡착되었을 경우 오염물질로 인한 패턴 이미지의 초점을 웨이퍼 위 감광제면에서 벗어나게 만든다[4-6]. 이와 같이 펠리클은 오염물질로 인한 공정 수율 감소를 막아주므로 극자외선 노광 공정 양산에도 적용이 고려되고 있다[7].
	시간에 따라 동일한 각속도를 갖는다면 원형운동을 하는 샘플은 회전축 중심방향으로 작용하는 구심가속도만 받게 되는 이유는?	식 2와 같이 원 운동하는 샘플의 총 가속도는 샘플에 가해지는 가속도들의 벡터 합이며, 이를 방향에 따라 구분하면 구심가속도( 방향)와 접선가속도( 방향) 의 벡터 합으로 나타낼 수 있다. 구심가속도 크기는 회전축과의 거리와 각속도 제곱 값 간의 곱으로 표현할수 있으며, 방향은 원의 중심방향으로 작용한다. 접선가속도 크기는 회전축에서의 거리와 시간에 따른 각속도 변화 값 간의 곱으로 정의된다. 그러므로 시간에 따라 동일한 각속도를 갖는다면 원형운동을 하는 샘플은 회전축 중심방향으로 작용하는 구심가속도만 받게 된다.

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Seppo J. Ovaska and Sami Valivita, "Angular acceleration measurement: A Review", Instrumentation and Measurement Technology Conference, IEEE Vol. 2, pp.875-880, (1998).

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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