[lithography] 기본 개념

포토 공정 설명에 앞서 기본적으로 알아야할 용어와 개념들을 간단히 살펴볼텐데요

 

먼저 노광기술의 발전방향부터 알아보죠!

반도체 소자의 미세화의 중요성이 강조되면서 반도체 패턴을 찍어내는 노광기술의 미세화의 중요성도 대두되었어요

*node: dimension중 가장 작은 크기 

그림을 보면 알 수 있듯이 기술이 발전할수록 사용되는 광파장이 점점 줄어드는 것을 볼 수 있죠 

이는 더 작은 패턴을 위해 해상도가 향상된 효과랍니다

또한 finfet 구조와 같이 channel을 여러면으로 둘러싸는 3D구조가 나오면서 apsect ratio가 큰 구조가 요구되었고 이에따라 DOF도 중요해졌어요 => 박막증착, diffsuion, etch 과정에 photo공정이 필수적이기에 그만큼 중요하다는걸 알 수 있겠죠?

 

이제 이론적인 측면에서 알아야 할 것들을 살펴볼거에요 

 

1) 빛

: 공간을 차지하는 물질과 공간을 이동하는 전자기파 

 

전기장과 자기장은 수직을 이룬 형태로 형성되어있으며 이 전자기파가 물질을 만나면 각각 다른 특성을 나타냅니다. 

이걸 맥스웰이 알아냈네요 

 

 

 

 

- photon: 빛의 입자적 특성으로 양자, 무게가 없고, 전자기적 상호작용이 있는 것 

- Radiation: 전자기파의 기원으로, 진공에서는 광속을 가지지만 파장에 다라 에너지는 다를 수 있음

- 전자기파인 빛이 다른 물질을 만났을때 어떤 현상이 발생할까요?

입사된 빛이 물질의 원자와 상호작용 -> 원자 +,- 분산 (극성분리) -> 원자 진동 유발 -> 입사 진동수와 동일하게 전자기파의 radiation 방사 

 

- 굴절률: 진공에서의 빛의 속도 / 물질에서의 빛의 속도  ( >1 )

 

2) 빛의 전파

굴절 이론: 빛이 주변효과를 포함해 어떻게 전파되는지 묘사 

-> Hyugen의 이론 채택  = " 모든 파면은 점으로 이루어진 광원의 집합체다."

-> 각각의 빛은 스스로 발광할 수 있는 point source의 합으로 나타난다 ! 

 

- 두 점광원의 경로차에 의해 간섭효과 발생으로 보강간섭, 상쇄간섭이 교대로 나타나면서 회절 패턴을 형성

- 파장이 aperture보다 크면 더 넓은 각도로 퍼지기에 wafer에 패턴 조사가 제대로 되지 못함 

 

 

 

 

 

 

3) Resolution (해상도)

 : 마스크 이미지를 웨이퍼로 전사시키는데 얼마나 작은 패턴을 구현할 수 있는지 

R = 0.5*(파장/NA) => 값이 작을수록 좋음

*NA = numerical apeture , 개구 수 => 노광장비 내에 존재하기에 무한정으로 커질 수 없음 

- 렌즈 크기가 유한하기에 회절된 모든 빛들을 모아서 wafer에 focus 불가 => mask image loss

 

4) DOF (Depth of Focus)

: 어느정도 높낮이까지 허용되는지 

z = 파장/(NA)^2  => 값이 클수록 좋음 

 

resolution과 dof는 trade-off관계에 있음 => 고배율에서는 초점을 맞추기가 어려움 

 

5) k값 (공정변수- 공정방식에 따라 조절되는 값)

k1 감소: OET(PSM, OAI)

k2 증가: OAI, FLEX, CMP 

 

6) MTF (Modulation Transfer Function)

: 마스크에 있는 이미지가 웨이퍼에 전달되는 능력 

*aerial image: 웨이퍼 상에 전달되기 바로 전 공간에서 결성되는 이미지 

 

 0, 1, -1 차광만 collection -> high order diffraction으로 잘려 없어짐 

-> 0,1의 step function 형성 

-> if aperture, lens 무한히 크면 wafer상에 ideal 하게 나타나나 실제로는 그렇지 않기에 MTF<1

 

MTF = (Imax-Imin) / (Imax+Imin)

-> (aperutre>파장) 파장 길이가 감소하면 회절이 감소하면서 MTF 값 증가 : 원래 마스크에 있던 이미지와 거의 유사하게 wafer 상에 전달 

 

 

 

 

7) Spatial Coherence

S = light source diameter (s) / condenser lens diameter (d)

S ~ 0.5-0.7

 

점 광원의 경우: 평면파도 입사

*condenser lens: 마스크 전에 쓰는 렌즈 

 

 

 

실제로는 점광원이 아니기에 위치에 따라 마스크에 대해 입사각도가 달라짐 

 

 

 

 

 

여기까지 리쏘그래피를 시작하기전 알아야할 기본적인 개념들에 대해서 알아봤고요 

다음부터는 본격적으로 리쏘에 관한 내용들을 다뤄볼게요