Photomask 란?
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Photomask 란?
반도체에서 Photomask (이하 Mask)는 Photolithography 공정에서 사용되는 회로 패턴이 새겨진 투명한 판으로, 빛을 차단하거나 통과시키는 역할(차광막)을 통해 웨이퍼에 패턴을 전사하는 데 사용되며, Reticle이라고도 불립니다.
반도체 칩 설계가 완료되면 해당 설계도는 Physical Design 단계를 거쳐 Layout(물리적인 회로 설계도)으로 변환되고, 이후 MDP(Mask Data Preparation) 과정을 통해 Photomask 제작을 위한 데이터 파일(Manufacturing Electron Beam Exposure System, MEBES))로 변환됩니다.[MDP 란?]
Mask Shop에서는 해당 파일을 전달받아 E-beam Lithography를 통해 Mask 기판에 회로 패턴을 형성하고, 새겨진 패턴에 대한 CD(Critical Dimension) 계측 및 결함 검사(Inspection) 과정을 거쳐 Mask를 제작하게 됩니다.
ArF, KrF와 같은 투과형 광원에 대한 Mask는 투명한 Quartz(석영) 기판 위에 불투명한 Cr(크롬) 층을 패터닝해서 특정 부분만 빛이 선택적으로 통과할 수 있도록 제작됩니다. 반면, EUV(Extreme Ultra-Violet)의 경우 대부분의 물질에 흡수되는 성질로 인해 기존의 투과형 Mask를 사용할 수 없어, 다층 박막 구조를 이용한 반사형(거울)으로 제작하게 됩니다.
추가로, Mask는 목적에 따라 Binary Mask와 Phase Shift Mask(PSM)로 구분됩니다. Binary Mask는 빛이 통과하는 부분과 차단되는 부분만 명확히 구별된 가장 일반적인 형태의 Mask이고, PSM은 phase-shifter 물질을 추가로 사용하여 빛의 위상을 변화시키는 방식으로, 해상도를 향상시켜 더 작은 패턴을 구현할 수 있도록 설계된 Mask입니다.
Mask에 새겨진 회로 패턴에 결함이 있을 경우 웨이퍼에 그대로 전사되어 불량을 유발할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 Mask에 대한 계측과 검사를 통해 결함을 확인하고 제거하는 것도 중요하지만, Mask는 공정에서 반복적으로 사용되기 때문에 먼지와 같은 오염으로부터 Mask를 보호하는 장치도 필요합니다. 이를 위해 Pellicle이라는 Mask 보호막이 사용됩니다. 그러나 EUV 공정에서는 기존의 투과형 Pellicle이 EUV 광원을 흡수하는 문제가 있어, EUV에 적합한 Pellicle이 필요하며 현재 활발히 개발되고 있습니다.
Photomask는 반도체 공정에서 웨이퍼 위에 미세한 회로 패턴을 구현하는 데 필수적인 요소로, 반도체 제조 과정의 출발점이라 할 수 있습니다. 공정이 미세화될수록 마스크의 정밀도와 품질이 반도체 성능과 생산 수율을 결정짓는 중요한 요인이 되며, 이에 따라 제조 비용과 생산성에 미치는 영향성 또한 점차 커지고 있습니다.