Photolithography
: 빛을 사용하여 mask에 형성된 (우리가 원하는) 패턴을 wafer 상에 형성시키는 것
- Photolithography process (요약)
- clean wafers
- deposit barrier layer
- coat with PR
- soft bake
- Alignment & Exposure
- PEB
- Developer PR
- Hard bake
- Etch
- Remove PR
- 과정 상세
1, 2) CLN & Priming process
- SiO2 표면에 OH(친수성), PR은 유기물(소수성) 이므로 반도체 표면을 소수성으로 만들어주어야 한다.
- Primer : Wafer와 PR간의 접착력을 높이기 위해 PR 도포 전에 wafer표면에 입히는 물질
3) Photoresist(PR) coating
- Components of the Resist : 용제(solvent), 다중체(Polymer resin), 감응제(Sensitizer)
- Type of PR : Positive PR (빛을 받은 부분이 develop(현상)시 제거), Negative PR (빛을 받은 부분이 cross-linking 되어 제거되지 않음)
4) Soft baking (Prebaking)
- Purpose : Remove solvent in PR (solvent가 PR에 남아있으면 노광에 의한 polymer의 화학반응 방해함), Improvement adhesion between wafer surface and PR (Wafer표면과 PR 간 접착도 올려주기 위함)
- method : Hot plate, Convection oven, Microwave oven
5) UV exposure - Mask Align
- 베이킹하여 solvent 날려준 상태에서 빛을 줘야 하는데 그 전에 photo mask와 wafer를 잘 정렬해주어야 한다.
- Aligner : precisely align the substrate to the photomask (photo에서 UV주는 방식)
- stepper : step-and-repeat process (칩 전체에 회로가 담긴 mask를 중간에 넣고 빛을 한 번에 조사, 렌즈의 중심과 같이 끝의 초점거리가 달라 패턴의 중심과 가장자리가 틀어질 수 있음 -> 수율 저하)
- scanner : step-and-scan process ( Mask와 Wafer를 동시에 움직이게 하여 scan하듯이 빛을 조사함)
6) Post Exposure Bake (PEB)
- 입사된 UV와 Wafer면에서 반사된 UV가 보강 및 상쇄 간섭을 일으키게 되고, Over exposure와 Under exposure로 인해 PR의 물결 현상이 일어남 -> PEB 실시
7) Develop (현상)
- 과정 : Place the wafer on Vacuum chuck -> Dispense the developer -> Spin(remove developer) -> Rinse(deionized water) -> Spin dry
8) Hard Baking (Post baking)
- Purpose : Develop 과정 중 남아있는 용제가 PR의 감광막이 흡수되어 모형을 바꿀 수 있으므로 제거 (= solvent 제거), 후속 공정에 PR패턴이 열적으로 변형되지 않도록 열적 특성을 향상, 튼튼한 barrier 역할을 하도록 기계적 특성을 향상
9) Etching
10) PR Remove
- Etching 및 ion-implantation이 끝난 후 PR 제거
- Light Characteristics
(1) Light Characteristics
: Photo 공정에서 pattern의 size를 결정하는데 가장 중요한 요소는 파장의 길이
1. 회절 현상 : 광의 파장이 클수록 회절이 크다. (파장과 회절이 비례)
2. 투과력 : PR의 투과성이 약할 경우, 입력광과 투과광의 강도와 시간이 달라 상/하단에 다른 노광 에너지를 받게 된다. -> 패턴이 달라진다. (파장이 작을수록 에너지가 세다)
(2) Exposure Sources
Hg lamp - G-line, I-line
Excimer laser(Deep UV) - KrF, ArF
Laser Produces Plasma (Extreme UV) - EUV
- Light Exposure Specification
- Critical dimension (CD) : Pattern으로 구현할 수 있는 최소 길이 (수평 방향의 패턴길이)
R(CD) = K*λ / N*A
NA = n sinα
(R : Resolution 작은게 좋다)
Resolution 개선 방법 (줄이는 법 ) : 광원의 파장을 감소시킨다, NA를 증가시킨다
- DOF(Depth of Focus) : Pattern으로 구현할 때, 상하단간의 공정마진
DOF =K2*λ / (NA)² (DOF가 클수록 파장이 크다)
=> CD와 DOF는 파장의 길이에 따라 trade off 관계에 있다. 따라서 Resolution을 개선하기 위해 NA, λ을 조절할 때 DOF를 고려해서 조절해야 한다.
- Advanced Process
1) OPC (Optical Proximity Correction)
: 빛의 회절현상으로 인해서 Mask의 edge 부분의 Sharpness가 감소하는 현상을 보완하기 위해서 Mask의 모양을 변형하는 방법
-> 공정 결과를 보고 파주거나 edge부분을 덧대주어 수정
2) PSM (Phase Shift Mask)
: 빛의 회절현상에 의하여 근접한 부분의 mask를 통과한 빛 간의 보강간섭에 의해 근접한 pattern에 영향을 미친다. 따라서 노광된 빛을 굴절률이 다른 물질을 이용하여 위상을 반전시킴으로써 UV의 Selectivity 를 보완해 주는 기술
3) Immersion
: 물을 같이 써서 n을 증가한다. (물의 매질의 굴절률 n이 더 크다)
4) Multi-patterning - 많이 쓰임
- Space patterning : print litho -> etch mandrel -> deposit and etch spacer -> remvoe mandrel -> etch final pattern
- Double patterning : print first litho -> etch hardmask1 -> print second litho -> etch hardmask2 -> etch final pattern
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