[Photo 공정 심화2]

1. Photo 공정의 개요

2. Track 구성/표면 처리/PR Spin Coating

3. Soft bake/Alignment/Exposure

4. PEB/Development/Hard bake/ADI 검사

5. Resolution과 DOF/NA/광원과 파장

6. Resolution 향상 방안 및 EUV/DPT/Q PT

7. PSM/OPC

8. Photo 현장 실무

9. Photo 불량 사례 (1) (2)

 

* 2일차 강의 내용 소환!

1) 표면 처리 (HMDS 처리) - Prime	웨이퍼 표면은 친수성 웨이퍼 표면을 소수성으로 변경 (PR은 소수성) 웨이퍼 표면과 PR 간의 접착력 증가 (Hexa Methyl Di-Silazane)
2) PR 도포	PR : 고분자 수지(resin) + 감광제(PAC or PAG) + 용제(solvent)  Spin coater의 노줄로 웨이퍼에 분사 (원심력에 의해 균일 도포) PR 두께 : 회전 속도와 점도에 의해 회전 도포 시 대부분의 용제는 휘발됨.
3) Soft Bake	오븐 또는 가열판 (90~110도) PR 내 잔류 용매 제거 노광 장비(렌즈) 및 마스크 오염 방지
4) Align & Exposure	정렬-이전 형성된 층과의 위치 정합성을 맞춤 노광-마스크에 빛을 조사하여 PR의 화학적 반응 유도
5) PEB(Post Exposure Bake)	PR의 화학 작용 촉진!!(100~120도) (PAG로부터 생긴 Acid 활성화) - 화학 증폭형 PR (DUV노광시 사용)의 산(Acid) 발생 촉진 -> 필수! - Standing wave effect (정재파 현상)에 의한 PR 측벽 물결 모양 완화   -> 수직화 - 음성 PR의 가교 형성 -> UV용 PR
6) 현상 Develop	현상액 분사 -> 선택적으로 PR을 제거 양성PR (알칼리 용액 현상액) /음성 PR (유기용제 현상액/ Swelling 현상)
7) Hard Bake	PR 내 잔류 용매, 현상액 제거 후속 공정을 위해 PR을 더욱 견고히 하기 위함 100~120도
8) Develop Inspection	1) CD (Critical Dimension) 2) Overlay 정렬오차 3) 패턴 및 이물질 검사  => 재 작업 여부 결정(rework)

 

5) PEB(Post Exposure Bake)

PR의 화학 작용 촉진!!(100~120도) (PAG로부터 생긴 Acid 활성화) - 화학 증폭형 PR (DUV노광시 사용)의 산(Acid) 발생 촉진 -> 필수! - Standing wave effect (정재파 현상)에 의한 PR 측벽 물결 모양 완화 -> 수직화 - 음성 PR의 가교 형성 -> UV용 PR

★ 화학 증폭형 감광제 (CAR : Chemical Amplified Resist) : PEB 통해서 화학 증폭 반응 일어남

* 빛을 흡수하면 감광제(PR)이 산을 발생한다. 이 산이 촉매가 되어 PEB 공정에서 수지 측면 고리에 차례로 수산기 OH기가 생기고 레지스트가 알칼리 현상액에 녹게 되는 것이다. 하나의 산이 촉매가 되어 복수의 수산기 생성 반응을 요구하기 때문에 레지스트의 고 감도산과 고 콘트라스트화가 가능하게 한다. 

 

- 노광시 입사광과 반사광이 서로 결합하여 정상파를 형성 -> 빛의 세기에 불균일 발생 (Standing Wave현상)

• 원인 : 노광시 감광제의 산 농도 차이로 발생, 열을 가해 농도를 diffusion profile 변화
• 해결책 : PR아래 BARC(Bottom Anti Reflective Coating) - 광을 흡수할 수 있는 박막층을 미리 Depo.

(보상/상쇄/혼합 간섭)

 

6) 현상 Develop

현상액 분사 -> 선택적으로 PR을 제거 양성PR (알칼리 용액 현상액) /음성 PR (유기용제 현상액/ Swelling 현상)

▶ 현상액 및 세척액

- Positive PR : NaOH, KOH, TMAH 수용액, 세척액: DI Water => 빛 받은 부분 현상액에 녹음

• 노출 차이와 막 두께에 따라 현상 속도 변화 (현상 속도, 시간, 이후 세정 시간 등 모든 Recipe 공정엔지니어가!)

- Negative PR : Xylen, Stoddard's solvent(?), 세척액 : n-butyl acton => 빛 안받은 부분 현상액에 녹음

• 빛을 쪼인 부분에 관계 없이 현상액이 스며들어 Swelling이 일어나 보통 2mm이상의 패턴 형성에 적당함

 

▶ 방법

- Immersion 법 : 현상액과 세척액에 순차적으로 담그는 방법 (Batch or Single WF)

- Spray 법 : Spin 500~1000rpm, 미세 패턴 가능

- Spray Puddle : Immersion + Spray 단점 보완 (Spray -> Puddle -> Stream(왔다갔다?) -> E2 Nozzle -> ... ?)

 

▶ Development Profile

- Incomplete development - 심각 불량

- Under Development (Taperd 형식으로?)

- Over Development 

=> Rework 보낸다. 

 

7) Hard Bake

PR 내 잔류 용매, 현상액 제거 후속 공정을 위해 PR을 더욱 견고히 하기 위함 100~120도

- 잔류 Solvent 제거하여 PR을 건조시키며, 기판에 대한 PR의 접착도를 증가시키는 공정

- 100~150도, 10~20분 ( 시간과 온도 Recipe 최적화)

 

▶ 불량 내용

- 양성 PR : Etching 이후 감광막의 제거가 어려움

- 음성 PR : Puddling (감광막이 오므라드는 현상)

 

8) Develop Inspection

1) CD (Critical Dimension) 2) Overlay 정렬오차 3) 패턴 및 이물질 검사  => 재 작업 여부 결정(rework)

- CD

- M/A (Misalign)

- 패턴 (KLA 검사 장비로 Pattern 검사 -> 불량 Pattern Spec out시 rework)

- 오염

- 불량

 

* BIAS : Reticle CD - ADI CD 차이값

* Skew : ADI CD - ACI CD

(After Development/ After Cleaning)

 

▶ CD 측정 (In line CD SEM)

1) Full map CD 측정 : Wafer 전체의 CD를 측정하여 산포 관찰

2) WF Edge Map 측정 : Wafer의 바깥쪽 모든 CD 측정

3) Normal CD 측정 : Top, Center, Bottom, Left, Right CD 측정

4) 측정 Point : 제품 초기에는 여러 곳을 측정함.

 ex) Top : CD1 - Cell1/ CD2 - Cell2 / CD3 - Peri1 ....

-> 공정 측정 표준에 따라서

 

* Bar : 패턴 / Spacer : 공간

 

* KLA 패턴 검사 장비

- Bridge 불량

▶ 불량 요인

- Comat 

- Lifting : 들고 일어나 뜯어지는 현상

- Microbubble : 거품 PR 내에 이물질

- Developer Spot 

- Developer residues

- deformed contact : 현상이 덜 됨

- satellite spot (위성 스팟)  : PR과 현상액이 반응해서 발생

- Developer Nozzle residues : 

=>  모두 안 생기게 해야 함! 엔지니어의 역할!!

=> 수율 영향 요소!!