KR20140115278A - Ｐｕｆ를 생성하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 장치가 제시된다. 일실시예에 따르면, 상기 장치는 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노출되는 광을 에미팅하는 광원, 및 상기 광원을 구동하는 드라이버를 포함할 수 있다. 상기 드라이버는, 상기 노광 과정에 연관되는 적어도 하나의 파라미터를 조정하여, 상기 노광 과정 이후의 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되는 지의 여부에 따라 상기 PUF가 생성되도록 할 수 있다.

Description

ＰＵＦ를 생성하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING PHYSICALLY UNCLONABLE FUNCTION}

PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 반도체 프로세스의 포토 리소그래피(Photo lithography) 공정을 제어하여 PUF를 생성하는 장치 및 방법에 연관된다.

PUF (Physically Unclonable Function)는 예측 불가능한 (Unpredictable) 디지털 값을 제공할 수 있다. 개개의 PUF들은 정확한 제조 공정이 주어지고, 동일한 공정에서 제조되더라도, 상기 개개의 PUF들이 제공하는 디지털 값은 다르다.

PUF는 복제가 불가능한 POWF (Physical One-Way Function practically impossible to be duplicated)로 지칭될 수도 있다.

이러한 PUF의 특성은 보안 및/또는 인증을 위한 암호 키의 생성에 이용될 수 있다. 이를테면, 디바이스를 다른 디바이스와 구별하기 위한 유니크 키(Unique key to distinguish devices from one another)를 제공하기 위해 PUF가 이용될 수 있다.

한국 등록특허 10-1139630호(이하 '630 특허)에서 PUF를 구현하는 방법이 제시된 바 있다. '630 특허에서는 반도체의 공정 편차(Process variation)를 이용하여 반도체의 전도성 레이어들 사이의 인터-레이어 콘택(inter-layer contact) 또는 비아(via)의 생성 여부가 확률적으로 결정되도록 한 방법이 제시되었다.

일측에 따르면, 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 장치가 제공된다.

일실시예에 따른 상기 장치는, 상기 공정에 연관되는 노광(exposing light) 과정에서, 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노출되는 광을 에미팅하는 광원; 및 상기 광원을 구동하는 드라이버를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 드라이버는, 상기 노광 과정에 연관되는 적어도 하나의 파라미터를 조정하여, 상기 노광 과정 이후의 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되는 지의 여부에 따라 상기 PUF가 생성되도록 할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 광의 광량을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 광량인 임계 광량보다 상기 광의 광량이 더 작도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 광의 파장을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 회절 레벨을 제한하는 파장인 임계 파장보다 상기 광의 파장이 더 길도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 광을 상기 포토레지스트에 노출하는 노출 시간을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 상기 노광 과정에서 상기 광을 상기 포토레지스트에 노출하는 시간인 임계 시간보다 상기 광의 노출 시간이 더 작도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

한편, 일실시예에 따르면, 상기 드라이버는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상될 확률이 제1 임계 값 이상 제2 임계 값 미만이 되도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다. 여기서, 상기 제1 임계 값 및 상기 제2 임계 값은 0과 1 사이의 값이고, 상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 작을 수 있다.

또한 일실시예에 따르면, 상기 포토 리소그래피 공정은, 상기 노광 과정 및 상기 현상 과정을 통해 상기 인터-레이어에 인터-레이어 콘택 또는 비아를 임플란트 하는 공정에 연관될 수 있다. 이 경우, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되는 지의 여부에 상기 임플란트의 성공 여부가 의존할 수 있다(Success of the implant may depend on whether the photoresist has been fully developed to the inter-layer). 그러면, 상기 장치는 적어도 하나의 디지털 값을 생성하는 PUF를 생성할 수 있다.

다른 일측에 따르면, 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 장치는 상기 공정에 연관되는 노광 과정에서, 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노출되는 광을 에미팅하는 광원; 및 상기 광을 필터링하는 필터를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 필터는, 상기 광을 필터링하여 상기 노광 과정 이후의 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되는 지의 여부에 따라 상기 PUF가 생성되도록 할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 필터는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 광량인 임계 광량보다 더 작은 광량이 상기 포토레지스트에 노출되도록 상기 광을 필터링할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 필터는, 상기 광에 포함된 파장 중, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 회절 레벨을 제한하는 파장인 임계 파장보다 짧은 파장의 적어도 일부를 차단하도록 상기 광을 필터링할 수 있다.

또 다른 일측에 따르면, 반도체 생성 장치가 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 방법이 제공된다.

일실시예에 따르면, 상기 방법은 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노광하는 단계; 노광된 상기 포토레지스트를 현상하는 단계; 및 현상된 상기 포토레지스트를 이용하여 상기 인터-레이어를 식각(Etching)하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 노광하는 단계에 연관되는 적어도 하나의 파라미터를 조정하여, 상기 식각하는 단계에서 상기 인터-레이어가 성공적으로 식각되는 지의 여부가 랜덤하게 결정되도록 할 수 있다. 이러한 랜덤성에 의해 PUF가 생성될 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 노광하는 단계에 연관된 광량을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 장치는, 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 광량인 임계 광량보다 상기 노광하는 단계에 연관된 광량이 더 작도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 노광하는 단계에 연관되는 광의 파장을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 장치는, 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 회절 레벨을 제한하는 파장인 임계 파장보다 상기 노광하는 단계에 연관되는 광의 파장이 더 길도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

또 다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 노광하는 단계의 노광 시간을 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 장치는, 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 상기 포토레지스트에 노광하는 시간인 임계 시간보다 상기 노광 시간이 더 작도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는, 상기 현상하는 단계에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상될 확률이 제1 임계 값 이상 제2 임계 값 미만이 되도록 결정될 수 있다. 여기서, 상기 제1 임계 값 및 상기 제2 임계 값은 0과 1 사이의 값이고, 상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 작을 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 포토 리소그래피 공정은, 상기 인터-레이어에 인터-레이어 콘택 또는 비아를 임플란트 하는 공정에 연관될 수 있다. 이 실시예에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되는 지의 여부에 상기 임플란트의 성공 여부가 의존할 수 있다. 이러한 과정에 의해 적어도 하나의 디지털 값이 생성될 수 있다.

또 다른 일측에 따르면, 반도체 생성 장치가 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 방법은, 광원에서 에미팅된 광을 필터링하는 단계; 상기 필터링된 광을 이용하여 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트를 노광하는 단계; 및 노광된 상기 포토레지스트를 현상하고 상기 인터-레이어를 식각하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 장치는, 상기 필터링 단계에 의해 상기 현상 및 상기 식각 중 적어도 하나의 과정의 성공 여부가 랜덤하게 되도록 하여 상기 PUF를 생성할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 필터링하는 단계는, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 광량인 임계 광량보다 더 작은 광량이 상기 포토레지스트에 노출되도록 상기 광을 필터링할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 필터링하는 단계는, 상기 광에 포함된 파장 중, 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 회절 레벨을 제한하는 파장인 임계 파장보다 짧은 파장의 적어도 일부를 차단하도록 상기 광을 필터링할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 장치의 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 PUF 생성 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 일실시예에 따른 회절 레벨 조정을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 광량 조정을 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 노광 시간 조정을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따라 노광 과정에서 필터링을 수행하는 과정을 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 PUF 생성 과정에서 포토레지스트가 완전히 현상되어 비아가 성공적으로 임플란트 된 경우를 도시한다.
도 8은 일실시예에 따른 PUF 생성 과정에서 포토레지스트가 완전히 현상되지 않아 비아가 성공적으로 임플란트 되지 않은 경우를 도시한다.
도 9는 일실시예에 따른 PUF 생성 방법을 도시한다.
도 10은 다른 일실시예에 따른 PUF 생성 방법을 도시한다.

이하에서, 일부 실시예들를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 일실시예에 따른 장치(100)의 블록도이다.

장치(100)는 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 포토 리소그래피 공정은 제1 전도성 레이어(Conductive layer) 위에 안착된 인터-레이어(Inter-layer)에 전도성 물질로 구성된 콘택(Contact) 또는 비아(Via)를 임플란트 하는 공정에 연관될 수 있다.

물론, 이러한 점은 일실시예에 불과하므로, 실시예들 및 특허청구범위를 통해 설명되는 사상을 벗어나지 않는 범위에서 이 기술이 속하는 분야의 통상의 기술자가 다양한 변형을 할 수 있다. 이를테면, 전도성 레이어 사이에 비아를 임플란트 하는 공정 이외에, 반도체 회로의 다양한 다른 공정에도 실시예들이 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서는 비아 생성에 연관되는 포토 리스그래피 공정을 설명하나 다른 공정이 배제되는 것으로 이해되어서는 안 된다.

또한, 이러한 포토 리소그래피 공정에는 포지티브 리소그래피(Positive lithography)와 네가티브 리소그래피(Negative lithography)가 있으나, 양자의 차이는 이 기술 분야의 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 것이다.

따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위해 포지티브 리소그래피에 연관된 실시예들을 설명한다. 아래에서 설명할 파라미터의 조정 방법만 달리하면 네가티브 리소그래피에 관한 실시예들도 쉽게 유추될 수 있으므로 네가티브 리소그래피에 연관되는 실시예는 직접 언급하지 않기로 한다.

한편, 상기 인터-레이어는 포토 리소그래피 공정 과정에서 식각(Etching)될 수 있는 인슐레이팅 물질(Insulating material)으로 이해될 수 있다. 이를테면, 상기 인터-레이어는 실리콘 질화막 (Silicon Nitride) 또는 규산(Silicon-Oxides) 등일 수 있다. 다만, 인터-레이어의 종류는 상기 공정의 종류에 따라 얼마든지 다른 물질로 선택될 수 있다.

상기 실시예에 따른 공정을 보다 상세히 설명한다. 상기 인터-레이어 상에 포토레지스트(Photoresist: 'PR'이라고도 함)가 안착되어 있다. 이러한 포토레지스트는, 필요에 따라 소프트 배이킹(또는 프리 배이킹이라고도 함: Soft Baking or Pre-baking)되어 있을 수 있다.

그리고 노광(Exposing Light on PR) 과정이 수행될 수 있다.

노광 과정은 광원(120)이 상기 콘택 또는 비아의 패턴에 따라 프린팅된 마스크(Mask)로 광(Light)을 에미팅하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 광은 이를 테면 UV(UltraViolet) 광일 수 있다. 다만, 이는 하나의 예에 불과하며 공정에 따라 다른 광, 이를테면 X-Ray나 E-beam(Electron beam), 극자외선(Extreme UltraViolet) 등이 선택될 수도 있다.

일실시예에 따르면 드라이버(110)가 상기 광원(120)을 구동하여 상기 노광 과정을 수행한다.

콘택 또는 비아를 인터-레이어에 임플란트 하는 통상의 포토 리소그래피 공정에서는 PR에 충분한 노광이 이루어지도록 한다. 통상의 포토 리소그래피 공정은, 디자인된 마스크 패턴 대로 PR이 완전히 현상(Develop) 되고 식각(Etching)되도록 하여 상기 임플란트가 성공적으로 수행되는 것에 목적이 있기 때문이다.

그러나, 일실시예에 따르면 드라이버(110)는 이러한 노광 과정에 연관된 적어도 하나의 파라미터를 조정함으로써, 상기 임플란트가 성공적으로 수행 될 지의 여부가 랜덤하게 결정되도록 한다.

예를 들어, 인터-레이어에 비아가 임플란트 되도록 마스크 패턴이 프린팅되어 있는데, 노광 과정을 조정함으로써 상기 비아가 임플란트 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있게 만드는 것이다. 이러한 임플란트 성공 여부는 랜덤할 수 있으므로, 이러한 무작위적 공정 실패를 랜덤한 디지털 값을 생성하는 데에 이용할 수 있다.

따라서, 일실시예 따르면, 무작위적이고 시불변적인(Random and time-invariant) 디지털 값을 제공하는 PUF가 생성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 파라미터의 조정은 여러 가지 실시예에 의해 설명될 수 있다.

예시적인 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 노광에 사용되는 상기 광의 광량(Intensity) I를 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버(110)의 광 조정부(111)는, 임플란트 성공을 보장하는 공정 파라미터 Ic보다 작은 값으로 I를 조정할 수 있다.

공정 파라미터 Ic는 PR의 마스크 쪽 표면부터 인터-레이어쪽 표면까지 충분히 노광이 이루어지도록 하여, PR이 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 광량인 임계 광량(Critical Intensity of Light exposed on PR)일 수 있다.

이러한 실시예에 대해서는 도 4를 참조하여 보다 상세히 후술한다.

한편, 다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 광의 파장(Wave length) λ를 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버(110)의 광 조정부(111)는, 임플란트 성공을 보장하는 공정 파라미터 λc보다 긴 값으로 λ를 조정할 수 있다.

이 실시예에서 공정 파라미터 λc는 광의 회절 레벨을 제한함으로써, PR의 마스크 쪽 표면부터 인터-레이어쪽 표면까지 충분히 노광이 이루어지도록 하는 임계 파장(Critical Wave length of Light exposed on PR)일 수 있다. 이 임계 파장 λc을 갖는 광을 사용하는 경우 PR이 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상될 수 있지만, 이 보다 긴 파장 λ를 갖는 광을 사용함으로써 회절 레벨이 적절히 제한되지 못해 PR이 불충분하게 현상되도록 하는 것이다.

이러한 실시예에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 상세히 후술한다.

한편, 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 광을 상기 포토레지스트에 노출하는 노출 시간 t를 포함할 수 있다. 이 실시예에서 상기 드라이버(110)의 시간 조정부(112)는, 임플란트 성공을 보장하는 공정 파라미터 tc보다 작은 값으로 t를 조정할 수 있다.

공정 파라미터 tc는 PR의 마스크 쪽 표면부터 인터-레이어쪽 표면까지 충분히 노광이 이루어짐으로써, PR이 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상되도록 하는 노광 시간인 임계 시간(Critical time for exposing Light on PR)일 수 있다.

이러한 실시예에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세히 후술한다.

상기한 실시예들을 통해 이해할 수 있듯이, 이러한 파라미터 조정에 의해 불충분한 노광 및/또는 불충분한 현상이 일어날 수 있다. 그리고 파라미터를 적절히 조정하면 PR이 충분히 노광되고 현상되는 경우와 그렇지 않은 경우의 비율을 조정할 수 있다.

일실시예에 따르면, 이러한 조정을 위한 파라미터는 공정에 따라 상기 파라미터들 중 적어도 일부를 임계값(Ic, λc, tc 등) 보다 미소 단위로 감소시키거나 또는 증가시켜 본 후 어느 값(또는 어느 범위)에서 PR의 현상이 랜덤하게 이루어지는지를 확인함으로써 결정될 수 있다. 이렇게 결정된 공정 파라미터 값을 포토레지스트 공적에 적용함으로써, PUF가 제조될 수 있다.

예시적으로, 드라이버(110)는 상기 현상 과정에서 상기 포토레지스트가 상기 인터-레이어 층까지 완전히 현상될 확률이 제1 임계 값 이상 제2 임계 값 미만이 되도록 상기 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다. 여기서 상기 확률이 0.5에 가까울수록 실시예들에 의해 제조되는 PUF의 랜덤성은 높은 것으로 이해될 수 있다.

여기서, 상기 제1 임계 값 및 상기 제2 임계 값은 0과 1 사이의 값이고, 상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 작을 수 있다.

한편, 이상에서는 드라이버(110)가 상기 광원(120)을 구동하는 과정에서 적어도 하나의 파라미터를 조정하는 실시예들을 설명하였지만, 다른 일측에 따르면 이에 대신하여 또는 병행하여 광(Light)의 필터링이 수행될 수도 있다.

이러한 일측에 따르면, 장치(100)는 광원(120)이 에미팅한 광을 필터링하는 필터(130)를 포함할 수 있다.

상기 필터는, 광원(120)이 에미팅한 광을 필터링하여 PR의 불충분한 노광 및/또는 불충분한 현상을 야기할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 필터(130)는, 광을 필터링하여 PR에 전달되는 광량 I를 상기한 임계 광량 Ic보다 더 작게 할 수 있다. 이러한 실시예에서는, 광원(120)이 광량 Ic 이상의 광을 에미팅하였더라도, 상기 필터(130)가 에미팅된 광의 적어도 일부를 차단함으로써 결과적으로 PR에 전달되는 광량은 Ic보다 작아질 수 있다. 따라서, PR의 불충분한 노광 및/또는 불충분한 현상을 야기한다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 필터(130)는, 광을 필터링하여 PR에 전달되는 광의 파장 λ가 상기 임계 파장 λc보다 더 길게 할 수 있다. 이러한 실시예에서는 광원(120)이 에미팅한 광의 파장 대역(band) 중 임계 파장 λc보다 짧은 광의 적어도 일부를 필터(130)가 차단할 수 있다.

물론, 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 필터(130)는, 노광에 소요되는 시간 중 적어도 일부 시간 구간에서 상기 광을 필터링하여 PR이 노광되는 시간 t를 상기 임계 시간 tc보다 작게 만드는 것도 가능하다.

이러한 실시예들에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 상세히 후술한다.

도 2는 일실시예에 따른 PUF 생성 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

포지티브 리소그래피의 실시예에 연관되는 도 2를 참조하면, 임플란트 될 비아 패턴을 포함하는 마스크(210)를 통해 UV가 선택적으로 PR(220)에 전달된다. 물론 이러한 과정에서 렌즈(Lens)에 의한 집광 과정이 포함될 수 있지만, 설명의 간결성을 유지하기 위해 이러한 과정은 생략한다.

PR(220)이 UV에 충분히 노출되면 PR(220)은 인터-레이어(230)에 접하는 부분까지 충분히 비중합되는(depolymerized) 과정을 겪는다. 그리고, 하드 배이킹(Hard baking)과 식각(Etching) 과정이 진행되면, 인터-레이어(230)가 용제(Solvent)에 노출되어 식각될 수 있다. 이 경우는 PR(220)에 적절한 윈도우가 발생하여 이를 통해 인터-레이어(230)가 식각 됨으로써, 메탈(240)까지 전기적 전도를 가능하게 하는 콘택 또는 비아가 정상적으로 임플란트 되는 경우로 이해될 수 있다.

그러나, PR(220)이 UV에 충분히 노출되지 못하면 PR(220)에는 상기한 바와 같은 윈도우가 만들어지지 않거나 또는 불충분한 크기로 만들어질 수 있다. 공정에 따라서는 PR(220)에 윈도우가 조금 형성되더라도 콘택 또는 비아의 임플란트가 성공할 수 있는 경우도 있으나 그렇지 못한 경우도 있다.

PR(220)에 윈도우가 생기지 않는 경우는 인터-레이어(230)가 식각을 겪지 않기 때문에 콘택 또는 비아의 임플란트는 실패할 수 있다. 그리고 PR(220)에 윈도우가 통상적인 공정에 비해 작게 생기는 경우에는 공정에 따라 임플란트는 실패할 수도 있고 성공할 수도 있다.

어떠한 경우이든, 메탈(240) 레이어까지 임플란트가 성공적으로 되는 경우와 그렇지 못한 경우에 의해 무작위의 디지털 값이 전기적으로 판독될 수 있다. 따라서 무작위의 시불변적 디지털 값을 제공하는 PUF가 구현될 수 있다.

보다 상세한 실시예들에 대해 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 3은 일실시예에 따른 회절 레벨 조정을 도시한다.

마스크를 통과한 광은 회절되어(be diffracted) 0차 광, + 1차 광, -1차 광, + 2차 광, -2차 광 등으로 구분될 수 있다. 이러한 여러 가지 차(order)의 광 중 일부가 렌즈에 의해 PR에 집광되는데 회절 레벨을 조정하면 PR의 노광을 조정할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명한 임계 파장 λc 이하의 λ1을 선택하면 회절 레벨은 d1으로 결정되어 광의 peak intensity가 충분히 높아, PR이 충분히 노광을 겪는다(CASE 310). 그러나 임계 파장 λc보다 긴 λ2를 선택하면 회절 레벨은 d2로 결정되어 광의 peak intensity가 충분히 높지 않게 되어 PR이 충분한 노광을 겪지 않을 수 있다(CASE 320).

그러면 현상과 식각을 통해 PR에 윈도우가 생길 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

만약 λ2보다도 더 긴 λ3를 선택하면 회절 레벨은 d3로 결정되고 PR은 더욱 불충분한 노광을 겪게 되어 윈도우가 생기지 않을 확률이 커진다(CASE 330).

일실시예에 따르면, 파장 λ를 적절히, 이를테면 λ2로 선택함으로써 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기고 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기지 않도록 하여 무작위적 임플란트 성공을 야기할 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 광량 조정을 도시한다.

도 1을 참조하여 설명한 임계 광량 Ic 이상의 I3를 선택하면 PR이 충분히 노광을 겪어 현상될 수 있다(CASE 430). 그러나 광량 I를 줄여서 Ic보다 작은 I2를 선택하면 PR이 충분한 노광을 겪지 않을 수 있다(CASE 420).

그러면 현상과 식각을 통해 PR에 윈도우가 생길 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

만약 I2보다도 작은 I1를 선택하면 PR은 더욱 불충분한 노광을 겪게 되어 윈도우가 생기지 않을 확률이 커진다(CASE 410).

일실시예에 따르면, 광량 I를 적절히, 이를테면 I2로 선택함으로써 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기고 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기지 않도록 하여 무작위적 임플란트 성공을 야기할 수 있다.

이러한 무작위적 임플란트 성공은 상기한 바와 같이 노광 시간에 의해 수행될 수도 있다.

도 5는 일실시예에 따른 노광 시간 조정을 도시한다.

도 1을 참조하여 설명한 임계 시간 tc 이상의 t3 동안 PR에 UV를 가하면 PR은 충분히 노광을 겪어 현상될 수 있다(CASE 530). 그러나 노광 시간 t를 줄여서 tc보다 작은 t2를 선택하면 PR이 충분한 노광을 겪지 않을 수 있다(CASE 520).

그러면 현상과 식각을 통해 PR에 윈도우가 생길 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

만약 t2보다도 짧은 t1 동안 PR에 UV를 가하면 PR은 더욱 불충분한 노광을 겪게 되어 윈도우가 생기지 않을 확률이 커진다(CASE 510).

일실시예에 따르면, 이러한 노광 시간 t를 적절히, 이를테면 t2로 선택함으로써 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기고 어떠한 경우에는 PR에 윈도우가 생기지 않도록 하여 무작위적 임플란트 성공을 야기할 수 있다.

한편, 상기한 실시예들에 따른 λ, I 및 t를 드라이버(110)가 조정하는 외에 필터(130)에 의한 필터링으로 노광 정도가 조정될 수도 있다.

도 6은 일실시예에 따라 노광 과정에서 필터링을 수행하는 과정을 도시한다.

예시적 필터(610)은 에미팅된 UV를 필터링하여 PR의 불충분한 노광을 야기할 수 있다. 도시된 예에 따르면 필터(610)가 UV를 필터링하여 에미팅된 UV의 광량 I 보다 작은 광량이 PR에 전달되는 과정이 이해될 수 있다.

물론, 이러한 UV의 필터링은 광의 파장 λ 중 상기 임계 파장 λc 이하의 성분의 적어도 일부를 차단하는 것일 수도 있고, 노광 과정에서 UV가 조사되는 시간 구간의 적어도 일부에서 UV를 차단하는 것일 수도 있다.

여하간의 방법으로 필터(610)는 PR의 노광 및/또는 현상을 통상의 공정보다 불충분하게 하여 임플란트의 성공 여부가 무작위적으로 발생되도록 할 수 있다.

현상 과정과 식각 과정에 의해 임플란트 성공 여부가 확률적으로 결정되는 내용은 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7은 일실시예에 따른 PUF 생성 과정에서 포토레지스트가 완전히 현상되어 비아가 성공적으로 임플란트 된 경우를 도시한다.

단면도 710에서는 PR이 충분한 노광을 겪은 것이 확인된다. 그러면 현상과 식각 과정을 겪으며 인터-레이어는 충분히 식각될 수 있고, 이러한 결과가 단면도 720 내지 740에서 도시되었다.

인터-레이어가 충분히 식각됨으로써 평면도 741에 도시된 바와 같이 비아가 임플란트 될 수 있는 홀이 생성되었다.

그리고 단면도 750에서는 메탈 레이어들 사이에서 비아가 임플란트 된 것을 확인할 수 있다. 이러한 경우에 메탈 레이어들은 임플란트된 비아에 의해 전기적으로 동일한 노드가 될 수 있다. 따라서, 전기적 판독에 의해 디지털 값이 예시적으로 '0'으로 결정될 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 PUF 생성 과정에서 포토레지스트가 완전히 현상되지 않아 비아가 성공적으로 임플란트 되지 않은 경우를 도시한다.

단면도 810에서는 PR이 충분히 노광을 겪지 못한 것이 확인된다. 그러면 단면도 820 내지 840, 및 평면도 841을 통해 도시된 바와 같이 인터-레이어의 식각이 발생되지 않을 수 있다. 따라서 도 7의 예와는 달리 인터-레이어에 비아가 임플란트 될 수 있는 홀은 생성되지 않았다.

그러면 단면도 850과 같이 메탈 레이어들 사이에는 비아가 임플란트 되지 않아 전기적으로 동일한 노드가 되지 않는다. 따라서, 전기적 판독에 의해 디지털 값이 예시적으로 '1'로 결정될 수 있다.

상기한 바와 같이 파라미터를 적절히 조정하면 도 7의 경우와 도 8의 경우가 무작위적으로 발생되도록 할 수 있으며, 이러한 방법에 의해 무작위의 시불변적 디지털 값을 제공할 수 있는 PUF가 생성될 수 있다.

한편, 도 8을 참조하여 설명한 예시적 경우는, 단면도 810과 같이 PR이 충분한 노광을 겪지 못하여 평면도 841에서 홀이 전혀 생성되지 않은 경우이나, 도 7과 도 8 외의 다른 경우도 발생될 수 있다.

이를 테면, 경우에 따라서는 상기 도 7의 단면도 710과 유사하게 PR이 인터-레이어 층까지 현상되기는 하지만 크기에 있어서 불충분한 경우도 발생될 수 있다.

이러한 경우에는 단면도 720에서 PR이 식각된 이후 인터-레이어가 노출되는 홀의 크기가 도 7의 경우보다 작을 수 있고, 이렇게 되면 에칭 과정에서 인터-레이어가 메탈 층까지 완전히 에칭 아웃되지 못하고 에칭 공정이 종료되어버릴 수 있다.

그러면, 결과적으로 비아는 메탈 레이어까지 닿지 못하여, 전기적 판독의 결과는 디지털 값 '0'이 될 수 있다.

도 9는 일실시예에 따른 PUF 생성 방법을 도시한다.

단계(910)에서 드라이버(110)는 상기한 바와 같이 PUF 생성이 가능하도록 PR 노광(exposing light)에 연관되는 적어도 하나의 파라미터를 조정한다. 이러한 파라미터의 조정 정도는 특정한 공정에 대해 실험적으로 미리 파악될 수 있으므로, 이러한 과정은 파라미터 결정으로 이해될 수도 있다.

일실시예에 따르면, 상기 파라미터는 노광에 사용되는 광의 파장 λ일 수도 있다. 이 경우, 단계(910)에서는 이러한 λ를 상기한 임계 파장 λc보다 긴 적절한 값, 이를테면 도 3에서 설명한 λ2로 결정할 수 있다. 이 실시예의 상세한 내용은 도 1 및 도 3을 참조하여 상술한 바와 같다.

다른 일실시예에 따르면, 상기 파라미터는 노광에 사용되는 광의 광량 I일 수도 있다. 이 경우, 단계(910)에서는 이러한 I를 상기한 임계 광량 Ic보다 작은 적절한 값, 이를테면 도 4에서 설명한 I2로 결정할 수 있다. 이 실시예에 상세한 내용은 도 1 및 도 4를 참조하여 상술한 바와 같다.

또 다른 일실시예에 따르면, 상기 파라미터는 노광 시간 t일 수도 있다. 이 경우, 단계(910)에서는 이러한 t를 상기한 임계 시간 tc보다 짧은 적절한 값, 이를테면 도 5에서 설명한 t2로 결정할 수 있다. 이 실시예의 상세한 내용은 도 1 및 도 5를 참조하여 상술한 바와 같다.

그 외에도 다양한 실시예가 가능하며, 단계(910)은 PR이 노광되어 현상되는 정도에 기여하는 여하간의 파라미터의 결정 및 조정일 수 있다.

그러면 단계(920)에서 UV가 마스크에 에미팅되고 단계(930)에서 PR이 통상의 공정보다 불충분할 수 있는 노광을 겪게 된다. 그러면 PR의 현상, 인터-레이어의 식각 등의 과정 중 적어도 하나의 실패가 무작위적으로 발생한다. 따라서 상기한 바와 같이 PUF가 생성될 수 있다.

한편, 이러한 파라미터 조정에 대신하여, 및/또는 이러한 파라미터 조정과 병행하여 도 1의 필터(130)에 의한 필터링에 의해서도 PR의 노광 정도를 조정할 수 있다.

도 10은 다른 일실시예에 따른 PUF 생성 방법을 도시한다.

단계(1010)에서 UV가 마스크로 에미팅 된 경우, 단계(1020)에서는 필터(130 또는 610)가 상기 에미팅된 UV를 필터링할 수 있다.

단계(1020)에서 필터링이 수행되는 과정은 도 6을 참조하여서도 상술하였는데, 도 6을 참조하면 에미팅된 UV를 필터링하여 PR의 불충분한 노광을 야기하는 여하간의 과정을 포함할 수 있다.

예시적으로, 단계(1010)에서 에미팅된 UV의 광량 I 보다 작은 광량이 PR에 전달되도록 광량을 줄이는 과정을 포함할 수 있다. 또한 예시적으로, 광의 파장 λ 중 상기 임계 파장 λc 이하의 성분의 적어도 일부를 차단하는 것일 수도 있고, 노광 과정에서 UV가 조사되는 시간 구간의 적어도 일부에서 UV를 차단하는 것일 수도 있다. 보다 상세한 내용은 도 1 및 도 6을 참조하여 상술한 바와 같다.

이러한 필터링 단계(1020) 이후에 PR이 UV에 노출되는 과정인 단계(1030)을 수행하면, 도 9에서 상술한 바와 마찬가지로 PR의 불충분한 노광 및 현상에 의한 PUF 생성이 가능하다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (1)

1. 포토 리소그래피 공정을 통해 PUF (Physically Unclonable Function)를 생성하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
   상기 공정에 연관되는 노광 과정에서, 인터-레이어 상에 안착된 포토레지스트에 노출되는 광을 에미팅하는 광원; 및
   상기 광원을 구동하는 드라이버
   를 포함하는 장치.

Images