집적 회로 리소그래피-에칭 공동 프로세스

리소그래피와 에칭은 나노스케일 패턴 전사의 두 가지 핵심 프로세스이며, 이들의 해상도, 정확성 및 일관성이 함께 장치 성능 및 수율의 상한을 결정합니다.

본 논문에서는 포토레지스트 코팅, 노광, 현상, 식각의 전 과정에 대한 주요 메커니즘, 제어 매개변수 및 최신 기술 발전을 체계적으로 분류합니다.

세부사항은 다음과 같습니다:

리소그래피 공정

에칭 공정

리소그래피 공정

집적회로 칩 제조에 있어서 패턴 전사의 핵심 기술인 리소그래피 공정은 정밀한 광학적, 화학적 공정을 통해 마스크의 회로 설계를 한 겹씩 웨이퍼 표면에 복제하는 공정으로, 그 기술 발전은 언제나 해상도 향상과 공정 안정성 최적화를 중심으로 이루어져 왔습니다.

포토레지스트 도포

웨이퍼가 스핀코터 지지대에 진공-흡착 고정된 후 포토레지스트-의 스핀코팅 단계부터 시작되며, 적하된 포토레지스트는 초당 수천 회전의 고속 원심력에 의해 균일한 막을 형성하며, 막의 두께는 콜로이드 점도, 용매 특성 및 특성에 따라 정밀하게 제어됩니다. 회전 매개변수.

포토레지스트는 감광성 수지 소재로서 온습도에 매우 민감한 소재이므로 포토레지스트 부위를 황색 조명으로 조명하고, 일정한 온습도 환경을 엄격히 유지하여 소재 특성의 변동을 방지해야 합니다.

포토레지스트의 종류

포토레지스트는 현상 특성에 따라 두 가지 범주로 분류됩니다. 노출 후 노출된 부분은 현상액에 용해되고 노출되지 않은 부분은 유지됩니다. 네거티브 접착제는 반대이며 노출되지 않은 부분은 제거됩니다. 구체적인 선택은 에지 브리징 결함을 피하기 위해 포지티브 접착제를 선호하는 조밀한 라인 구조와 같은 회로 패턴의 토폴로지 요구 사항에 따라 달라집니다.

미리 구운-

스핀 코팅 후 웨이퍼를 질소 분위기에서 약 80도까지 가열하여 필름 내 잔류 용매의 휘발을 촉진하고 접착층과 기판 사이의 접착력을 향상시키며 노출 간섭에 저항하는 능력을 향상시킵니다.

E노출

노광 단계는 웨이퍼가 스테퍼 노광 기계나 스캐너에 로드되는 패턴 전사의 중요한 부분입니다. 기존 스테퍼는 공식에 따른 해상도로 줌 렌즈 시스템을 통해 4배 규모로 마스크 패턴을 웨이퍼 표면에 투사합니다.

R=kλ/NA

여기서 λ는 광원의 파장, NA는 렌즈의 개구수, k는 공정 계수입니다. 현재 주류 광원은 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저와 고NA 렌즈를 사용하여 하위-파장 해상도를 달성합니다. 물리적 회절 한계를 극복하기 위해 이중 노출, 위상-마스크, 광학 근접 효과 보정과 같은 초{4}}해상도 기술이 널리 사용됩니다. 스테퍼의 업그레이드된 형태인 스캐너는 슬릿 스캐닝 노출을 통해 전체 폭 노출을 대체하여 시야를 효과적으로 확장하고 렌즈 수차의 영향을 줄이며 고급 공정의 표준 장비가 되었습니다.

노출 후 -노출 후 베이킹(PEB)이 필요합니다. PEB는 가벼운 열 처리를 통해 포토레지스트의 산-생성제를 활성화하고 산-촉매 반응을 촉진하며 정재파 효과를 줄이고 패턴 가장자리 윤곽을 선명하게 합니다.

개발

현상 과정에서 포지티브 접착제의 노출 영역은 알칼리성 현상액에 용해되어 마스크와 일치하는 릴리프 패턴을 형성합니다. 네거티브 글루는 노출되지 않은 영역을 용해시켜 정의됩니다. 현상 후에는 포토레지스트의 식각 저항성을 높이고 후속 식각 또는 이온 주입을 위한 보호 마스크를 제공하기 위해 하드 베이킹 및 경화가 필요합니다.

최근 몇 년 동안 극자외선 리소그래피(EUV) 기술은 13.5nm 단파장- 광원을 사용하여 기존 광학 리소그래피의 해상도 한계를 돌파했으며 7nm 이하 공정의 핵심 노광 솔루션으로 자리 잡았습니다. SADP(Self Aligning Dual Imaging) 및 SAQP(Self Aligning Quadruple Imaging)와 같은 다양한 패터닝 기술과 결합된 EUV 리소그래피는 프로세스 비용과 수율을 효과적으로 제어하면서 더 높은 통합성을 달성합니다.

또한, 보완 기술인 NIL(나노임프린트 리소그래피)은 특정 시나리오에서 고정밀 임프린팅으로 10nm 이하의 패턴 준비를 실현하여 고유한 응용 가능성을 보여줍니다. 이러한 기술의 조화로운 개발은 더 높은 정밀도와 더 낮은 결함률 방향으로 리소그래피 공정의 진화를 지속적으로 촉진하여 반도체 산업의 기술 혁신과 제품 반복을 지원합니다.

에칭 공정

집적회로 제조의 식각 공정에서 건식 식각과 습식 식각은 물질 제거 공정을 정밀하게 제어하여 박막 패턴 형성을 달성하며, 이 둘은 기술 경로와 적용 시나리오 측면에서 서로 보완됩니다.

건식 에칭

건식 식각은 반응성 이온 식각(RIE)을 핵심으로 하며 장비는 평행판 구조를 채택합니다. 웨이퍼는 진공 챔버의 하부 전극에 배치되고 상부 전극은 접지되며 주입된 가스는 고주파 전압을 인가하여 여기되어 플라즈마를 형성하고 양이온, 자유 라디칼 및 기타 활성 입자를 생성합니다.

이러한 입자는 전기장의 가속에 따라 재료 표면에 수직으로 충격을 가하고 대상 층과 화학적으로 반응하여 휘발성 생성물을 생성하며, 이 생성물은 진공 시스템을 통해 배출되어 이방성 에칭 효과를 얻습니다. 이 공정의 핵심은 높은 선택 비율입니다. 즉, 포토레지스트와 재료 층 사이의 식각 속도 차이는 패턴 전사의 충실도를 보장할 만큼 충분히 커야 합니다. 동시에 국부적인 패턴 밀도 차이로 인한 식각 속도의 변동을 방지하고 정전기 손상 및 불순물 유입을 줄이기 위해 마이크로 로딩 효과를 억제하는 것이 필요합니다. 정확도를 높이기 위해 최신 RIE 기술은 유도 결합 플라즈마(ICP) 소스 또는 용량 결합 플라즈마(CCP) 소스를 펄스 전원 공급 장치 및 자기장 강화 기술과 결합하여 나노 규모 제어를 달성하는 경우가 많습니다.

습식 에칭

습식 에칭은 화학 액체와 재료 사이의 직접적인 반응에 의존하며 침지와 회전의 두 가지 모드로 구분됩니다. 침지형은 에칭조 내의 약액에 웨이퍼를 담그고 확산을 통해 반응속도를 조절하는 방식이다. 회전식은 유체역학을 이용해 웨이퍼를 회전시키고 약액을 분사함으로써 물질 전달 효율을 높인다.

습식 에칭은 본질적으로 등방성이므로 측면 드릴링 특성으로 인해 미세 가공 능력이 제한되고 포토레지스트 마스크는 약액에 의해 쉽게 침식되므로 주로 대형-구조물이나 특정 재료(금속, 알루미늄, 산화물 등) 가공에 사용됩니다. 에칭 후 잔여 포토레지스트를 플라즈마 디몰딩 또는 화학적 필링으로 제거해야 하는데, 플라즈마 디몰딩은 산소 플라즈마를 이용하여 접착층을 분해하고, 화학적 필링은 특수 용매를 사용하여 선택적으로 용해시키는 방법입니다.

최근 몇 년 동안 에칭 기술은 더 높은 정밀도와 환경 보호를 위해 발전했습니다. 건식 현장에서 원자층 식각(ALE)은 교번 자기 제한 반응을 통해 단일 원자 수준에서 정밀한 제거를 달성하며, 고선택성 재료와 최적화된 플라즈마 매개변수를 결합하여 기존 RIE의 분해능 한계를 뛰어넘습니다. 동시에 3차원 적층 구조와 고급 패키징 수요는 깊은 실리콘 에칭, 유전층 고종횡비 에칭 및 기타 기술의 개발을 촉진하고 측벽 손상을 줄이기 위한 저온 플라즈마 및 가스 혼합 전략의 사용을 촉진합니다. 습식 공정 측면에서, 에칭 속도의 정밀한 제어와 폐액의 무해한 처리를 달성하기 위한 온라인 모니터링 및 폐쇄-루프 제어 시스템을 통해 환경 친화적인 화학 솔루션(예: 불소가 없는-및 낮은{7}}독성 제제)의 연구 및 개발이 추세가 되었습니다.

0040-09094 챔버 200mm

또한, 결합된 습식{0}}건식 공정과 같은 하이브리드 식각 기술은 습식 전처리를 통해 재료 응력을 줄이고 미세 패턴 성형을 건조시키는 등의 특정 시나리오에서 이점을 제공합니다. 이러한 혁신은 에칭 공정을 더욱 효율적이고 환경 친화적이며 정확한 방향으로 계속 추진하여 반도체 장치 성능 및 통합의 지속적인 개선을 지원합니다.