[반도체 공정] 포토공정(Photolithography)-1

1. Photo (=Lithography) 공정

 : Etching, Implantation 위한 패턴 전사하는 노광공정

  반도체의 꽃! 작은 패턴 결정

출처-삼성반도체이야기

 

 

1) Photo room(=Yellow room)

 : 포토공정은 노란 조명에서 이루어짐

   PR이 강한 에너지인 흰빛에 반응하기 때문이다.

 

 

2) 분류

: Opical(photolithography), Radiation(x-ray, 전자빔), Non-optical(차세대)

 

가장 중요한 것=광원!

Photo종류는 파장 따라 나뉨

 - 수은 Lamp (NUV,자외선 광원): G-line(457nm), I-line(365nm)

 - Excimer laser (DUV,원자외선 광원)- KrF(248nm), ArF(193nm), ArFi(~38nm)

 - EUV(극자외선, 13.5nm)

 

X-ray-파괴도 매우 높아 사용이 어려움(Wafer 파괴)

 

 

2. 포토 공정 과정

 

1) Track Stepper System

  : 포토 공정은  Track Stepper System을 통해 연속적으로 이루어짐

      Stepper- 노광장비

      Track- 노광 외 공정 진행

 

 

2) 공정

설계도면-> Mask-> Litho-> Etching or Deposition 

 

출처-https://www.researchgate.net/figure/Photolithography-process-used-to-produce-an-etch-resistant-mask-on-a-silicon-wafer-The_fig3_27537938

Wafer Cleaning-> Singe-> Wafer Prime

-> PR Spin Coating-> Soft Bake-> Exposure-> PEB(Post Exposure Bake)-> Develop-> Hard bake

-> ADI(After Develop Inspection)

 

-> Etching, 감광제 제거, 세정, ACI(After Clean Inspection)

-> Film 증착, 표면 처리 과정-> 다시 포토 공정 반복

 

 

 

1. Singe (Dehydration Bake)

  : Wafer 표면 H2O 제거

  - SiO2는 공기 중 H2O(극성) 끌어당김

 

 

2. Wafer Prime

 - HDMS (Hexa Methyl Di Silazane): PR과 웨이퍼 간 접착력 향상

                                             친수성 Si wafer은 소수성 유기 PR과 접착력 낮음

                                               -> 표면에 OH 치환해 소수성 wafer로 만듦

 

3.Potoresist Spin Coating

- Key: Temp&Time&RPM

   

- 점도: PR기포는 Spin coating시 PR 긁고 지나감

- Temp&Time&RPM: T 높아짐-> PR 탐

                                           Time, RPM 높아짐 -> PR 층 얇음 

                                           두께 두꺼우면 A/R문제, 얇으면 Etch내성 부족

 

- Edge bead: 원심력-> Edge에 PR 두껍게 쌓임

                           웨이퍼를 고정시키는 Chuck 등 오염시킴

                         해결: WEE(Wafer Edge Expose)- 웨이퍼 edge만 노광해 현상통해 제거

                                    EBR(Edge Bead Remover)- 웨이퍼 edge의 상하부에 용매를 분사해 제거

 

                                      

- Streaks: 이물질이 뒤쪽 PR 막으며 무늬 형성

                  ->Cleaning 중요

 

- 

 

4. Soft Bake

 :PR 내 Solvent를 날림

  - 접작력 향상, 용매로 인한 마스크 오염 방지

  -10% Shrink

Oven	Hot plate
여러장 동시가능	소량
온도 균일성↑	온도 균일성↓
겉부터 구워지며 잔여 Solvent 발생 가능 -> 노광시 빛 흡수 문제	아래서부터 단계적 구워짐

 

5. Align& Exposure

- Key: 빛 파장, 노출 time

- Alignment: Scribe Lane, Align key 이용해 기판에 형성된 패턴과와 마스크의 패턴을 정확히 배열

                          반도체 고집적화에 따라 중요

 

- 전사 방법

출처-SILA University

Shadow Printing (음영 인쇄법)		Projection(Step-and-Repeat) Printing (투사형 인쇄법)
Contact Printing (접촉 인쇄법)	Proximity Printing (근접 인쇄법)
1:1		4:1
회절↓- >분해능(Resolution,R)↑	긴 마스크 수명	E-beam 통한 Mask 제작 R 한계 Lens로 diffraction 감소, R도 증가
마스크교체, Defect	회절↑-> R↓	비쌈

 

- 노광장비   

 : Projection

      

 

Stepper	Scanner
한번에 노광하는  방식 렌즈 전체 영역 사용	빛을 선 형태로 노광해 마시크와 다이를 동시에 이동시키는 방식 Slit을 이용해 렌즈의 작은 영역만을 이용
렌즈 외곽부분 Quality 문제	렌즈 크기 변화없이 노광영역 확대 가능 균일도가 높고, 왜곡감소, CD control 등 장점

 

 

 

 6. PEB(Post Exposure Bake)

  :  노광 후 열처리

- PAC확산-> Standing Wave effect(정상파 효과)감소-> 광 반응 지역을 경계 지음

  Standing Wave: 노광 시 입사광과 반사광이 결합해 정상파를 형성-> 빛의 세기 불균일-> PR 측면에 물결무늬 형성

                                    ARC(Anti Reflective Coating)으로도 개선 가능

- 노광에 의한 PR의 응력 완화

- H+ 활성화

 

 

 

7. Develop

- Key: Time

 

 

8. Hard bake

   : 잔여 현상액 및 solvent 제거 

     Resin간 가교 결합 향상으로 내화학성, 내열성 향상

 

 

 

9. ADI(After Develop Inspection)

    : SEM을 통해 CD, Overlay, Defect를 확인

       rework 할지 확인