Photolithography 공정 (5) 노광(Exposure), PEB

meteor_88 2023. 1. 15. 18:17

와! 드디어 노광 공정입니다. 참 오래걸렷죠? 포토공정의 꽃이죠 이전 까지의 웨이퍼를 세정하고 건조하고 HDMS바르고 코팅하고 soft bake까지... 다들 기억하고 계시죠? 저도 공부하면서 느끼는건데 참 반도체 공정은 그냥 암기 투성이네요..

자자 긴말 말고 바로 들어가 봅시다.

그럼 노광이란 뭘 의미하는거죠? 빛을 선택적으로 조사한다는 것인데요. 그럼 선택적으로 빛을 쏘는 걸까요? 아닙니다 우리에겐 Mask가 존재하기에 그냥 한번에 기판위에 빵하고 쏘게됩니다. Mask가 빛을 통과시키는 부분과 빛이 통과되지 않는 부분을 정해준다는 것이죠. 이러면 자연스레 pr이 도포된 wafer 표면에 pattern을 형성할 수 있게됩니다. 음 형성이라고 하기엔 좀 무리가 있고 그냥 패턴 모양을 조사 시켜준다라고 하면 될거 같네요.

그렇다면 이 조사시키는 빛은 아무렇게나 쏴도 될까요? 당연히 아니겠죠. PR마다 다르긴한데요 pr이 화학적 반응을 일으킬라면 특정한 파장을 가진 빛을 이용해야합니다. 특히 에너지를 많이 가지고 있는 단파장 빛을 사용한다고 했죠? 주로 UV light를 이용하구요. 또 어떤 pr은 에너지가 필요한게 아니라 그냥 특정한 파장의 빛에만 반응하는 성질을 가지고 있구요.

그러면 쏴주는 빛은 양(dose)은요? 이것도 조절해야조. 우리가 변화시키고 하는 pr의 양에 따라서 달라집니다. 일반적으로 pr이 두꺼우면 많은 양을 쏴주겠죠?

노광을 하기전에 필요한 과정이 하나 있는데요 바로 정렬입니다(Alignment)

설계된 마스크의 패턴이 정확한 위치에 형성될려면 당연히 마스크를 정렬해야겠죠?

정렬은 별도로 형성된 마스크 상의 align key를 이용하는데요. 이것은 각기다른 mask를 정확한 위치에 맞추기 위해 삽입한 표식입니다. 설비마다 차이는 존재하는데 align key는 주로 십자가 모양(주로 x-y축을 잘 확인하기위헤 사용한다고 하네요), 네모 모양 등등 있는데 이 모양을 잘 맞추면 잘 정렬이 되었다는 뜻이겠죠?

자 노광공정을 마쳤습니다. 생각보다 별거없죠? 근데 이부분도 깊게 들어가면 상당히 복잡하지만 이번시간엔 이쯤만 하도록 하죠!

혹시 노광을 다한 후에는 어떤 공정을 한다고 했는지 기억나시나요? 바로 현상에 들어갈까요? 아니죠 PEB(post esposure bake) 말그대로 노광후 한번더 열처리를 한다고 했죠?

PEB는 pr에도 종류에 따라 시행 여부가 갈리기도 하는데요 한번 살펴보도록 하죠.

1) 일반 UV PR

주로 우리가 쓰고 있는 i/g-line 용 pr이죠 근데 이게 또 positive pr 과 negative pr로 나뉘는데요 이중에서 주로 negative pr에서 PEB가 쓰입니다.

negative pr(편하게 n.p라 하겠습니다)을 쓸때 PEB를 거치면 n.p의 일부분이 경화가 됩니다.(이 현상을 cross linking 이라고 합니다.) 그러면 경화된 부분은 현상액에 녹아나지 않게됩니다. 그래서 우리가 negative를 얻어낼 수 있습니다.

2) 화학증폭형(CAR) PR

이것은 대체로 DUV(KrF, Arf)용이고 scanner 이상의 설비에서 사용되는 pr인데요 이것들은 negative나 positive 톤에 상관없이 무조건 PEB를 해줘야 합니다. 이 CAR PR은요 열을 받으면 이 열이 촉매의 촉매역할을 하게 되는데요 그냥 화학반응 잘 일으키게 해준다고 이해하시면 될거 같네요.

이런 이유 말고도 PEB를 해줘야하는 목적들이 존재하는데요

1) 노광에 의해 생서된 물리적 Stress를 감소 시켜줍니다.

stress 전 시간에 soft bake도 pr의 stress를 감소시켜준다고 하지 않았나요? bake 즉 어떤 공정이 끝나고 pr이 bkae로 열을 받으면 pr내의 분자들이 이동하면서 pr film안에 응축되어있던 stress가 풀리는 경우가 많이 생긴다고 합니다.

2) 현상 시 패턴의 수직 형상 유지, 노광에 의한 벽변 물결무늬 생성 감소시켜 줍니다.

이게 무슨말이냐면 우리가 현상을 하고 나면 패턴이 딱딱 수직으로 떨어져 있어야 정교하다고 할 수 있겠죠? 그런데 노광 시킨 빛이 기판에 반사가 되면서 정재파라는 것이 생겨나는데요 이에 의해서 벽면이 일자가 아니라 물결 무늬로 생성됩니다. PEB로 열처리를 해주면 분자들이 이동하면서 조금더 수직으로 만들어 준다고 합니다.

마지막으론 첨언하자면 PEB도 bake니까 soft bake와 마찬가지로 PEB도 pr의 종류, 공정조건에 따라서 천차만별로 달라질 수 있겠죠?