@ 포토 공정 개관(전체를 대강 살펴봄)
[1] wafer prime : RCA cleaning + HMDS(vapor prime)
[2] spin coat : PR 도포
[3] soft bake : PR 경화(액체 상태의 PR을 고체로 바꾸는 것)
[4] exposure : 특정 파장의 빛을 노광 *overlay
[5] post exposure bake : PR 정확도 상승
[6] develop : PR을 선택적으로 녹여 패턴 형성
[7] hard bake : 패턴 안정성 향상
[8] inspection : rework / 후속 공정 결정
[9] PR strip + Ashing
DAY 1
#1. Wafer prime : RCA cleaning + Pre-bake + HMDS vapor prime
(1) RCA cleaning
@ 목적 : 강한 산/염기로 particle 제거
@ 특징 :
[1] wafer 준비 후 가장 처음에 진행(initial cleaning)
[2] SC-2(HPM)에서 사용하는 염소는 설비 부식을 일으키므로 생략하는 추세 -> 바로 DHF에 가기도 함.
[3] 강한 산/염기 cleaning 용매는 dielectric 식각 등의 문제 발생 -> 유기 용매 이용 cleaning으로 바꾸는 추세
ㄴ강력한 산/염기가 SiO2 같은 dielectric 물질을 공격한다는 의미
[4] cleaning 후 표면 : 보통 친수성(Hydrophilic) *PR은 소수성(Hydrophobic)
@ 절차 : 일단 외우지 말고 이해하기 **
[1] SPM : 무기, 유기물 제거, 친수화 처리
[2] QDR : DI water Rinse
[3] DHF : 자연 산화막 제거, 금속 오염 제거 - 불산(HF) 사용
[4] QDR : DI water Rinse
[5] SC-1 (APM) : 유기물, 일부 금속, particle 제거, 친수화 처리 - 암모늄(NH4OH) 사용
[6] QDR : DI water Rinse
[7] SC-2 (HPM) : 알칼리 이온 / 금속 제거 - 염소(HCl) 사용
[8] QDR : DI water Rinse
[9] DHF : 화학 산화막 제거 / 금속 오염 제거 - 불산(HF) 사용
[10] QDR : DI water Rinse
(2) Pre-bake
@ 목적 : wafer가 건조한 표면을 유지하기 위해
@ 액션 : convention over에 80~90도, 15min 놓기
@ 특징 : PR은 일종의 용매이므로 wafer 표면에 H2O 존재하면 도포시 문제 발생
(3) HMDS coating
@ 목적 : Si wafer 표면 소수성(hydrophobic)으로 바꾸어 wafer와 PR의 adhesion(점착력) 개선
@ 액션 : Droplet(작은 물방울) + spin coaing + oven = 증기로 표면 coating
양산에서는 vapor 방식 (진공, N2 가압하여 뿌림)
ㄴ HMDS 용액에 N2를 넣어서 vapor 상태로 wafer에 뿌림
@ 정리 : Si(소수성) -> cleaning으로 친수성 -> HMDS로 소수성 -> PR+wafer adhesion 개선
[+] 극성
(1) 무극성 : 분자 내 전하가 고름 ex. CxHy(탄화수소)
(2) 극성 : 분자 내 전하가 고르지 않음 ex. H2O, -OH(수산화기), -COOH(카르복시기), NH2(아미노기)
-> HMDS는 실리콘 표면에 단일 분자층(monolayer)을 형성 -> 다른 HMDS 분자가 추가로 결합하지 않음
#2. Spin coating
@ 목적 : 균일한 PR(두께) 도포
@ 액션 : 진공 chuck에 wafer 고정 -> 회전 -> PR 도포
@ 특징 :
(1) 최종 회전속도, 시간, PR 점도로 PR의 두께를 결정
ㄴ PR의 점도가 높을수록 두꺼운 PR
ㄴ 최종 회전 속도(RPM)이 높을수록 얇은 PR **
(2) 회전 속도 3단계 (초저속(분사), 저속(전면 커버), 고속(두께 결정))
(3) Artifacts(원하지 않는 형상) : Edge bead*, Comets(원인 : particle, 밀림), Striations(원인 : 공정조건, 줄무늬 형상)
(4) Edge bead* : PR 표면 장력 효과로 가장 자리, 옆, 아래에 PR이 뭉치는 현상(예방 불가능)
ㄴ 제거 방법 : spin coating 말미에, 유기 용매 분사(상부,하부) + 빛으로 노광(상부)
ㄴ 유기 용매로 두꺼운 edge bead 제거, 빛으로 깔끔하게 제거
(5) 다양한 PR 도포 방식 : 반도체 - spin, MEMS - spray(high aspect ratio), 디스플레이 - slot, Flexible - contact/roller 등
@ PR
- 구성 : solvent(용매, 점도 결정) + polymer(패턴 실체) + sensitizer(PAC, 중개자역할 - 녹게 하거나 남게 하거나)
- 종류 : sensitzer 종류에 따라 구분됨 -> 현상 후 mask와 wafer에 남은 패턴에 따라
[1] 동일 패턴이 남으면 positive PR
[2] 반대 패턴이 남으면 negative PR
#3. Soft bake
@ 목적 : PR coating 후 열로 남은 solvent 제거, resist 밀도 증가
DAY 2
DAY 3
#1. Develop
@ 목적 : PR의 일부 영역을 제거하여 Pattern의 형상을 남기는 공정
@ 방식 : Spray, Puddle, Immersion
(1) Spray : 저속회전, 현상액 분사, 현상액 소량 소모, 제어 변수 많음(->고가의 설비), Track system 구현
(2) Puddle : 초저속 회전(거의 회전X), 표면 장력 이용, 현상액 소량 소모, 온도 조절, Track system 구현
(3) Immersion : 탱크에 wafer 침전, 간단한 공정, developer 재사용 가능, 현상액 오염, non-uniform
@ 파라미터
(1) 연구 단계 : PR(종류, 두께), Developer(develp strength, pH), 공정 변수(온도, 노광량), 외부 요인(습도) 등
(2) 양산 단계 : 오직 process time
=> 그래프 해석 : 변수에 따른 결과 / 인사이트 확인
developer 함량에 따른 dark erosion, developer 온도에 따른 develop rate, 노광량에 따른 development, PR 안의 DNQ Resin/Polymer 함량에 따른 dissolution rate
@ Developer 종류
(1) Positive PR : 알칼리 용액(NaOH, KOH, TMAH)
ㄴ 노광 부분은 수용성X -> 수용성O로 변화하여 알칼리 용액에 제거됨
- 빛 O : 현상액에 녹음
- Dose, PR 두께에 따라 현상 속도 변함
- 현상 시간 : 현상액 농도에 민감
- 조사하지 않은 부분에는 현상액 불침투 -> 정밀 패턴 형성 가능
- Spray, Puddle, Immersion 공정
(2) Negative PR : 유기 용제(Xylene) : PR(소수성)-Developer(소수성)로 제거
- 빛 X : 현상액에 녹음
ㄴ빛 O : cross-linking으로 결합력 강해짐
- 전 영역 현상액 침투 -> Swelling 현상* -> 정밀 패턴 형성 불가능
- Dose 부족시 패턴 왜곡
- Spray 공정
#2. Hard bake
목적 : Solvent/Developer 잔여물 제거(pattern 불량, 진공시 solvent burst 현상 방지), PR 안정화로 후속 공정 시 내구성 증가, 기판과 PR의 점착력 증가, Pinhole 제거(열처리를 하면 pinhole이 메꿔짐)
특징 :
(1) Plastic deformation(소성 변형), Glass transition(유리 전이) 현상이 발생해야 함.
ㄴ Plastic deformation : 재료의 탄성 한계를 넘어 영구적 변형이 오는 것
ㄴ Glass transition : 원래는 냉각시 발생하는 변형, 그러나 여기서는 반대 과정을 생각하면 됨.
(유리상태->고무상태->액상 : 유리상태에서 고무상태로 변하는 순간의 온도를 유리 전이 온도라고 함.)
ㄴ 유리전이 온도는 결정체 물질이 녹는점보다 항상 낮음
Hard bake 온도는 유리전이&soft bake 온도보다 높아야 하며, 충분한 시간 유지)
단점 : 고열로 인해 오히려 Film stress 발생, PR 두께 감소, Lif-off 처럼 부드러운 Resist가 필요할 경우 불필요
방법 : soft bake 온도보다 높은 온도에서 공정 : Hot plate baking
실패 : 대부분 부족하기 보다 투머치로 발생 -> too hot/long
(1) PR Reflow : PR의 가장자리 부분이 늘어짐(pos PR)
(2) PR 제거 어려움 : 과도한 solvent 증발로 resist 밀도가 높아져 제거에 어려움
#3. Inspection - ADI
@ ADI(After Development Inspection) : 현상 후 검사 - Rework이 가능한 마지막 단계
확인 요소(1) Overlay, CD(실제 패턴 폭), Defects, Particle, Step height(수직 높이)
방법 :
um 단위 : 광학현미경
그 이하 단위 : DF(Dark Field), BF(Bright Field), CD-SEM(Critical Dimension)
ㄴ SEM : 주사전자현미경(전자를 쏘고 반사되는 형상을 읽어내는 것) - 측면 관측을 위해 잘라야 하므로 평면도(위에서 관측) 패턴을 관찰 -> 이게 CD-SEM
확인 요소(2) : Overlay로 인한 Misalignment, Side 측정 - LER(Line Edge Roughness), LWR(Line Width Roughness)
@ Re-work
양산에서는 Failure 판정 -> 무조건 Re-work
PR Ashing -> PR strip -> Re-work
그러나, Ashing의 plasma damage와 PR strip에 의한 표면 damage로 횟수 제한
#4. PR strip = Ashing + Srip(wet)
@ Wet 방식 : Strip
장점 : 빠른 속도
단점 : Neg PR에서 Cross-linking의 경우 제거가 어려움
방법 : 유기/산 용매로 제거
(1) Positive PR
- Acetone : 친수와 소수의 중간 정도라 강력X
- Solvent : TCE, NMP, DMSO - 모두 소수성
- Alkaline : Developer의 일종을 사용 -> developer를 장시간 사용하면 strip 용도로 사용 가능
(2) Negative PR
- Acetone : 친수와 소수의 중간 정도라 강력X
- Solvent : MEK, MIBK - 모두 소수성, cross-linking이 심하면 strip이 어려움
- Alkaline, Acid(acid는 다른 영역에 damage 가할 수 있어 사용 시 주의)
@ Dry 방식 : Ashing
방법 : main gas 는 O2(반응성 good), sub gas로 CF4, Ar(물리적 damage)를 사용해 plasma로 태움
=> 일반적으로 Low damage를 위해 Ashing -> Strip으로 PR 제거
#3-1. Inspection - ACI
후속 공정 후 불량 여부를 검출하기 위해 pattern 검사(defects, step height, critical dimension)
