포토공정 Ⅰ (Photolithography)

1.포토공정의 과정

 

(1) HMDS: 웨이퍼 표면을 친수성에서 소수성으로 바꿈

    --> HMDS는 기존의 친수성 표면을 C,H의 결합으로 이루어진 hydrophobic group으로 대체함.

  ∵ PR은 무극성 유기 화합물이라 소수성이므로 부착성을 높이기 위해선 웨이퍼가 소수성이 되야함.

(2) PR 도포 ( spin coating ) : PR 점도 & 회전속도 조절 --> PR 두께 조절

(3) Soft bake : PR내 용매 제거 ( 90~110도 : PR 특성에 영향 주지 않는 저온 )

    - 후속공정에서의 문제 제거 (ex. 노광 시 발생하는 N2에 의한 버블링 )

    - 코팅 과정에서 발생한 stress에 의한 점착력 약화 개선

(4) Exposure : 마스크를 대고 빛을 쏘아 웨이퍼 위 PR에 빛을 조사함. 

     - 단일 파장의 빛을 이용 

     - PR의 화학반응 유도 (마스크 alignment 이후)

       --> Dose (빛의양)에 따라 정도가 달라짐 

(5) PEB ( post exposure bake ) : 노광후 Bake

   - 정상파 현상 ( standing wave )에 의한 옆면 물결무늬 해소 : 직선형태 패턴 나오게함

   - PR의 화학작용 촉진

   - 노광에 의한 PR의 물리적 스트레스 감소 

(6) Development (현상) : 현상액을 통해 PR 선택적 제거

(7) Hard bake : Solvent와 현상액 잔여물 제거하는 공정

   - 100~180도정도의 열을 가해 후속 공정에 잘 견디도록 내구성 증가시킴

   - PR의 경화 (PR의 Tg이상으로 베이크)

   -  너무 오래할 경우 PR 제거가 잘 안되거나 형태에 영향을 끼칠 수 있음

 

* overlay : mask의 alignment가 잘되었는지 수치로 나타낸 척도

                ( 좌표차이, 틀어진 각도)

** 친수성 표면 : 작은 접촉각, 높은 표면에너지, 극성

    소수성 표면 : 큰 접촉각, 낮은 표면 에너지, 무극성 

** Dose (받는 빛의 총량) = Intensity x 시간

 

2. 포토 공정 설비

 

 (1) 트랙설비 (노광, 검사 제외)

   - 포토공정중 노광과 검사를 제외한 나머지를 담당

   - Spin coater (PR 도포), developer (현상) : 웨이퍼 고정하는 진공설비 필요

      --> 각 과정 이후 Rinse시 웨이퍼 고속 회전할때  튕기지 않도록 

 (2) 노광 장비

   1) 노광 방식   

      a) Contact exposure : 마스크와 웨이퍼 접촉 

      b) Proximity exposure : 약간의 간격 유지

      c) Projection exposure : 마스크를 멀리 떨어뜨려 렌즈로 노광

   2) 노광 설비 

      a) Contact aligner  : 접촉식, 근접식에 쓰이나 최근엔 미세패턴에 부적합해 거의 쓰지 X  

      b) stepper : 마스크 패턴을 웨이퍼로 축소 노광하는 설비 (ex. g-line, i-line) 

                        (한 영역을 노광하고 웨이퍼 스테이지를 이동시켜 다음샷 노광 )

      c) scanner : 샷 찍는 중간에 웨이퍼 스테이지와 마스크 스테이지를 움직여

                         샷의 균일도 높힘 ( DUV, EUV등 고해상도에 이용 )

 

3. 포토공정의 광원

 

(1) 파장 : g-line > i-line > KrF > ArF > EUV (13.5nm)

     --> 파장 짧을수록 해상도 감소 : 미세공정에 유리

 

(2) 종류별 특징

  1) g-line, i-line : 수은 램프에서 발생한 빛 

     - 연속한 대역의 파장 : Filter 필요

     - 시간적으로 연속적인 빛 이용 : 빛을 가려주는 Shutter 필요

     - 고출력 낼때 Uniformity 떨어지는 문제 발생 ( 생산성 제한 )

 

  2) DUV (KrF , ArF) : 엑시머 레이저 사용 

     Excimer Laser : 들뜬 상태의 이합체인 Excimer를 이용한 레이저

    - 정상상태에서는 분자를 이루지 못함

    - 순간적으로 고 에너지를 가하면, 엑시머가 급속히 분리되었다가 일시적으로 들뜬 상태에서 결합

    - 들뜬 상태 --> 바닥 상태 : 방출된 고유한 파장의 빛 이용

    - 광량의 미세 조절 가능 ( 에너지를 주는 시간동안만 빛 방출 ) 

 

  3) EUV : 플라즈마가 방출한 빛 이용

    - 떨어지는 액체 주석방울에 레이저 조사 : 방출되는 플라즈마 이용

 

** g-line/i-line : 자외선 (UV) 

   KrF/ArF : 원자외선 ( DUV , deep UV )

   EUV : 극자외선 ( Extreme UV )

 

** Excimer : 불활성기체와 할로겐 기체의 이합체 ( KrF, ArF ) 

 

** Excimer Laser ( 에너지 주는 시간동안만 빛 방출 ) <-> 수은 램프 ( 연속적 빛 방출 )