[반도체공정] 사진공정 (Photo Lithography)

이번에는 사진공정 (Photo lithography)에 대해 정리해보겠습니다.

 

반도체를 만들 때 물질을 증착하거나 식각을 해서 구조를 쌓아 올립니다.

 

이때 증착과 식각을 그냥 할 수는 없고 패턴대로 해줘야하는데

Photoresist가 그 틀의 역할을 한다고 이해하면 쉽습니다.

 

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Photoresist

 먼저 Photoresist에 대해 알아보겠습니다.

 

Positive PR

 

UV를 쏘면 polymer 결합이 끊어지고, 결합이 끊어진 부분은 현상액에 의해 녹습니다.

 

이때 Positive PR은 사다리꼴 모양으로 식각됩니다.

 

Negative PR

 

UV를 쏘면 polymer가 뭉치게 됩니다.

따라서 현상액을 뿌리면 UV를 쏘지 않은 부분이 녹습니다.

 

이때 Negative PR은 역사다리꼴 모양으로 식각되어서

만약 Metal을 증착하게 된다면 edge가 네모난 모양으로 깔끔하게 생깁니다.

Lift - off 공정에 사용되곤 합니다.

 

단점으로는 역사다리꼴 모양이기 때문에 PR이 높으면 넘어질 수 있습니다.

 

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Lithography

다음으로 Lithography 과정을 살펴보겠습니다.

 

 

1. Clean Wafer: 웨이퍼를 깨끗하게 한 후 Dehydration Baking으로 잔여 수분을 제거해 줍니다.
   
   
2. 계면활성제 도포: HDMS (계면활성제)를 spin coating하여 PR 접착성을 증가시킵니다.
   
   
3. PR 도포: PR을 spin coating으로 도포합니다.
                  이때 원심력 때문에 가장자리에 PR이 뭉치는 Edge Bead 현상이 발생할 수 있습니다.
                  이 경우 Thinner로 PR을 제거해줍니다.
                  웨이퍼 cleaning이 잘못 되었다면 PR이 퍼지면서 불순물에 의해 잘못 뿌려지는
                  streak 현상이 발생할 수 있습니다.
   
   
4. Pre-Bake (Soft Bake): 90 'C  20min 동안 Hotplate에서 구워줍니다.
   
   
5. Exposure: Contact (접촉) 방식 - 회절 작음, 작은 패턴 유리, mast에 defect 생길 수 있음
                    Proximity (근접투영) 방식 - defect 적음, 큰 패턴 유리
                    Projection (투영전사) 방식 - Condenser lens, Objection lens로 패턴을 축소하여 투영
                                                                 큰 Mask로도 작은 기판에 프린트할 수 있어서 높은 해상도를 가짐
6. Post Exposure Bake: 100 'C  10min 동안 굽습니다.
                                      Standing wae 현상을 최소화하고 Damage를 회복하는 과정입니다.
   
   
7. Develop: Developer (현상액)을 30 sec 동안 spray 합니다.
   
   
8. Post Bake (Hard Bake): 140'C  30min동안 Hotplate에 구워서 수분과 solvent를 제거합니다.
                                          PR 내부의 기포를 제거하여 안정성과 결합력을 높입니다.
   
   
9. After Etching or Deposition: 포토공정 이후 작업이 끝나면 아세톤으로 PR을 제거합니다.

 

Exposure

 

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분해능 향상 기술

 

PSM (Phase Shift Mask) 위상 변위 마스크
- Mask의 크롬면에 다른 매질의 물체를 붙여서 위상을 조절함

OPC (Optical Proximity Correction) 광 근접효과 보정기술
- 미리 왜곡을 예측해서 Mask를 인위적으로 변조 (프로그램으로 simulation)

ARC (Anti Reflective Coating) 반사 방지 코팅
- PR 상하부에 얇게 도포해 정상파 효과 감소, 해상도 개선

OAI (Off Axis Illumination) 비등축 조명
- 빛을 비스듬하게 쏴서 해상력 증가 but 전반적으로 어두워져서 멀티패터닝 필요

 

 

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액침노광

 

액침노광

 

 

렌즈와 웨이퍼 사이를 공기에서 물로 바꿔줍니다.

물의 굴졀률이 더 높기 때문에 전체적인 굴적률이 증가합니다.

 

ArF + 물 -> 굴절률 1.44 : 해상력 증가

 

단점: PR에 닿아서 감광제의 일부가 용해 됨.

         Lens에 닿아서 패턴 오염

         PR 표면에 용매 방울이 남아서 defect 유발

        용매 종류에 따라 빛 에너지를 흡수할 수도 있음

 

개선책: PR의 소수성 강화

            용매와 PR이 만나지 않도록 TARC 처리

            적당한 굴절률의 매질 사용 (물, F2-PEPE oil)

 

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EUV

 

ASML EUV

 

EUV는 미세패턴을 만들기 위해 꼭 필요한 기술입니다.

ASML에서만 생산되는 EUV 장비는 수천억을 호가하지만 부족해서 못 팔고 있습니다.

각 기업 회장들이 네덜란드로 직접 출장을 가기도 한다네요.

 

EUV는 13.5nm의 매우 짧은 파장을 가지고 있습니다.

따라서 미세 패턴을 찍어낼 수 있기 때문에 멀티패터닝 기술을 사용하지 않아도 돼서 공정 수가 감소합니다.

 

하지만 파장이 너무 짧아서 흡수될 수 있는데요

이때는 Bragg Mirror을 사용한 반사 방식을 이용하기도 합니다.

 

 

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