Resolution Enhancement Technology

CD(Critical Dimension)란 특정한 "최소" 특징 크기로, 리소그래피 공정의 해상도를 나타내는 지표이다.

이론적인 한계는 다음과 같은 실험적 측정을 바탕으로 계산할 수 있다.

• Wave length
• Gap size
• PR thickness
• Projection printing

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Importance of Inter - Layer Alignment

다중 사용자/다중 마스크 공정에서는 보장할 거리와 허용 오차에 대한 규칙을 설정해야 한다.

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Define Design Rules

고려해야 할 사항들

• 최소 사이즈
• GAP
• Enclosure
• Distance
• Overlap

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Consider a Multilayer Micro - Cantilever

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Lithography Over Steps

• 패턴 위에 스핀코팅된 레지스트는 고르지 않은 두께를 만든다.

• 레지스트 두께는 해상도에 영향을 주기 때문에, 선폭도 영향을 받을 수 있다 (두께 변화로 인한)

• 하부 구조물은 레지스트의 노광에도 영향을 줄 수 있다.

  • 반사 노칭(reflective notching)은 금속 패턴이 빛을 반사하여 원치 않는 레지스트 영역이 노광되는 현상을 의미한다.

Rule of thumb 에 근거하여...
전 페이지에서 언급했던 Resist Thickness를 기억하며

Feature size를 Resist Thickness보다 20% 작게 만들자 !

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Shadow Printing Resolution

Shadow Printing은 마스크가 웨이퍼에 직접 접촉하지 않고 가까운 거리에서 띄워진 채로 빛을 쬐어주는 노광 방식

이때 빛은 마스크 패턴을 통과하면서 웨이퍼에 투사되지만, 간격으로 인해 그림자처럼 퍼지며 패턴이 전사

Contact or Proximity printing (1x)을 사용,,,

• 해상도(Resolution, R)에 영향을 주는 요인들:

  • 웨이퍼와 마스크 사이의 간격(separation)
  • 웨이퍼 또는 마스크의 평탄도 불균일성(non-uniformities in flatness)
  • 마스크나 PR 층 위의 이물질(debris)
  • PR 에지 비드(edge bead)의 크기(size)
  • 설정된 간격 거리(separation distance 설정값)
  • PR의 두께
  • 노광 파장

• 기억해야 할 사항 => Higher resolution means smaller R !

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Projection Printing

Projection Printing:
렌즈 시스템을 통해 마스크(mask)의 패턴을 작게 축소해서(보통 4~5배) 웨이퍼 위에 한 번에 한 다이(die)씩 노광하는 방식

NA ranges from 0.2 to 0.9 depending on the size of lens

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• Depth of Focus

  • 이미지는 반드시 초점이 맞아야 한다.

    • 디바이스 지형 구조(Within the device topography) 내에서
    • 레지스트 층의 깊이 전체에 걸쳐서.
    • 웨이퍼 평탄도(Wafer flatness)를 고려하여
    • 심지어 초점 기울기 오차(focus tilt errors)가 있을 경우에도

• 초점이 맞지 않으면 이미지가 흐릿해진다 ("Blurry")

→ 문제가 수용 불가능해지기 전에 얼마나 초점이 벗어나는 것을 허용할 수 있는가?
→ 이 허용 가능한 초점 범위를 "Depth of Focus (DOF)" 라고 한다.

-> How much focus can you tolerate befre these problems become unacceptable? : depth of focus

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Resolution Enhancement Technology (RET)

In lithography, the resolution of your device depends on your exposure method, your mask, and your resist... how you improve resolution?

By Shadow Printing & Projection Printing

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RET ; 해상도 향상을 위해 가능한 경로 .

• 레지스트(Resist)

  • 조성 개선, 반사 방지 코팅(ARC), 박막 레지스트 사용

• 새로운 마스크(New masks)

  • 위상 이동 마스크(Phase Shifting Mask, PSM), 광 근접 보정(Optical Proximity Correction, OPC)

• 노광 시스템(Exposure System)

  - 더 짧은 파장 사용, K 값 감소, 개구수(NA, Numerical Aperture) 증가

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Chemically Amplifies Resists

• UV 노광은 일련의 화학 반응을 유발함

  • 광생성물(photoproducts)이 양성 감광재(positive tone resist)의 분해(scission)를 촉매함 +PR

  • 광생성물이 음성 감광재(negative tone resist)의 가교(cross linking)를 촉매함 -PR

  • 향상된 양자 효율(quantum efficiency), ϕ

  • 환경 안정성이 낮음

  • 산소는 표면 저해(inhibition)를 유발함

  • 높은 감도
    -일반적으로 :

    • 양성 감광재는
      ϕ = 0.2−0.3

    • 음성 감광재는
      ϕ = 0.5−1

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Anti Reflection Coatings (ARC)

코팅은 감광재(resist)를 도포하기 전에 웨이퍼 표면에 적용된다.

• 목적

  • 표면과 감광재 내부에서 반사되는 빛을 줄인다.

  • 스탠딩 웨이브(standing waves)를 줄인다.

  • 코팅은 표면을 편광시킨다.

  • 추가적인 접착 촉진제(adhesion promoter)가 필요 없다.

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Thin Film Imaging (Single Layer Resist)

• 최상층(top layer)에만 패턴이 형성된다.

  • 최상층만 노광되므로 스탠딩 웨이브가 형성되지 않는다.

  • 패턴은 UV를 이용해 최상층에만 전사된다.

  • 표면을 실리케이트(silylate) 처리한다.

  • 두꺼운 바텀층은 O₂ 플라즈마 식각으로 패턴화된다.

  • 단일 층만 필요하다.

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Thin Film Imaging (Single Layer Resist)

• 두 개 이상의 층이 웨이퍼 표면에 코팅된다.

• 최상층은 얇다.

• 패턴은 UV를 사용해 최상층에만 전사된다.

• 두꺼운 하부층은 DUV 노광으로 패턴화된다.

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Mask Engineering

해상도는 광학 파장에 의해 제한된다.
-> 광학 파장은 가장 작은 특징(feature)의 개구(aperture)보다 작아야 한다.

• Phase shifting masks

  • 해상도와 DOF(초점 심도)를 향상시킨다.

  • 건설적 간섭과 파괴적 간섭을 사용하여 빛의 회절을 제어한다.

  • 마스크는 유리에 패턴을 식각하여 만든 구조를 가질 수 있으며, 이를 하드 쉬프터 마스크(hard shifter mask)라고 한다.

  • 마스크는 크롬 외의 재료를 포함할 수 있으며, 이 재료는 일부 빛이 통과하도록 하지만 레지스트를 노광시킬 만큼 충분하지는 않다. 이때 통과된 빛은 180도 위상 이동(phase shift)이 일어나며, 이러한 마스크를 소프트 쉬프터 마스크(soft shifter mask)라고 한다.

  • 마스크는 표면에 추가적인 물질을 패터닝하여 빛을 180도 위상 이동시키도록 할 수 있으며, 이를 레벤슨 타입 마스크(Levenson-type mask)라고 한다.

즉 정리하자면

하드 쉬프터 마스크 : 유리에 패턴을 식각하며 만든 구조를 가진 마스크

소프트 쉬프트 마스크 : 크롬 외의 재료를 포함한, 레지스트를 노광시킬만큼의 빛을 통과시키지 않는 마스크

레벤슨 타입 마스크 : 표면에 추가적인 물질을 패터닝하여 빛을 180도 위상 이동시킬 수 있도록 하는 마스크

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Optical Proximity Correction (OPC)

• 원하는 패턴이 생성될 때까지 마스크 기하구조에 체계적인 변화를 가한다.

• 마스크는 더 이상 WYSIWYG(What You See Is What You Get)이 아니다.

• 선폭 변화(line width variations), 선 끝 단축(line end shortening), 곡선 형태(round features) 등을 개선한다.

• 고급 소프트웨어가 OPC(Optical Proximity Correction)를 구현하는 데 사용된다