Lithography (리소그래피)

요약

익히 알고 있는 photo lithography의 소소한 팁 정리

정의상 가정	Vacuum Pumps 불확정성 원리(uncertainty principle)
내용상 가정
공식
단위
응용	memory (메모리) _ram, rom MARM mosfet

↑파란 박스의 글자를 클릭하시면 가정과 응용으로 넘어 가실 수 있습니다!!

 

어떤 소자를 만들때 기판위에 특정한 nano 회로를 그리기위해선 패턴 모양을 조사하여 조사한 곳에 물질을 녹여 만듭니다.

...까지 리소그래피에 대한 내용은 youtube나 네이버 블로그에 정말 정성을 들여 만들어 져있으므로 이번 포스팅에서는 기본적인것 외에 실제적인 내용을 다루겠습니다!

 

먼저 photo공정을 진행하기 전에 무조건 cleaning을 해야합니다.

아니, photo공정을 하다가 조금이라도 이상한 징후가 있거나 실수를했다면 언제든 cleaning을 해야합니다.

Photoresistor는 organic particle이므로 아세톤에 담가 초음파로 지워내면 되지만(이후 아세톤은 휘발성이 무척강하므로 물때 같은것이 생기기전에 메탄올에 담가 초음파에 넣어 아세톤을 지우고 DI water에 담가 린싱이라는 작업후 질소건을 불어 물을 다 날려보내야합니다.), 처음 cleaning에는 organic뿐만아니라 metal ion과 같은 수많은 불순물을 제거해야 합니다.

 

이런 cleaning중 대표적인 cleaning으로 RCA cleaning(SC1, SC2)이 있고 Nitride Strip, Piranha Strip, Oxide Strip등과 같은 방법이 있습니다.

점점 미세한 패턴을 세기고 싶다면 cleaning이 더 집중적으로 수행해야하는것은 당연하겠죠?

 

그후 Photoresist를 기판에 도포해야하는데 이때 간단하게 Positive PR은 빛을 받은 애가 남아있는 것이고 Negative PR은 빛이 받은 애가 남아있는 것입니다.

 

빛을 조사하기전에 PR을 spin coater로 uniform하게 바르고 pre bake를 시켜야 액체상태인 PR이 어느정도 굳어 완성적인 pattern을 만들기에 좋아집니다.

 

그럼 먼저 spin coating을 보겠습니다.

spin coating은 기판에 PR을 뿌리고 기판을 돌려 퍼지게 합니다.

이때 빠르게 돌릴수록 균일하고 얇게 퍼지는데, 처음부터 빨리 돌려버리면 PR이 사방으로 다 튀어나가게 됩니다. 따라서 wetting이 잘되도록 처음에는 천천히 돌리다가 빠르게 돌려 얇고 dry한 막을 만듭니다.

이렇게 돌리고나면 기판의 끝으머리에 표면장력 때문에 약간 쌓이게 됩니다. 이들을 edge bead라 하는데, 생각보다 높이차가 많이나기 때문에 후에 리소그래피 exposer에서 mask를 contact할때 붙어버릴 수가 있습니다.

그럼 align을 할 수가 없죠...

 

PR두깨는 어느정도 빠르기로 spin coating을 해야하는지 판매 회사에 나와있습니다. 하지만, spin coating후 붙게 하기위해 pre bake를 진행하면 volume contruction때문에 기존 두께의 80%로 수축을 하게되니 더 줄어들게 됩니다.

따라서 이런 PR의 두께를 키우거나 낮추고 싶다면 통상적으로 이용되는 다음 공식을 사용하면 됩니다.

k는 spinner의 constant로 80~100정도 되고, p는 resist solid의 constent이며 ω가 spin coator의 회전 속도입니다. 단 각 spinner마다 한계 속도가 있으니 이를 참고해야합니다.

 

위의 화학식이 바로 PR을 나타낸 건데요. N처럼 생긴게 expose되면 CO로 바뀌고 N2로 날라가는 것이 보입니다. 이것이 inhibitor인데요 저게 날라가면서 PR이 굳는 것입니다.

 

산업체에서는 projection printing이라는 빛 조사법을 쓰지만, 일반 실험실에선....비싸므로 contact printing을 사용합니다.

빛의 resolution을 높이는게 관건인데, 이때 빛의 파장은 더이상 낮게 할 수 없으므로, Numerical Aperture라는 렌즈상태와 빛이 투과하는 매질을 변화시키려고 노력중입니다.

Numerical Aperture라 하여 NA라고도 부리는 이것은

의 관계를 따르며 n은 refraction index로 진공에서 빛의 속도/ 매질에서 빛의 속도 입니다. 즉 n을 높여야 하므로 회사에서는 이멀전 장비를 쓰게 됩니다.

 

또한 이 photo litho를 한뒤 물질을 증착하고 PR을 날려보내 패턴으 만드는데, 이때 2가지 방법이 있습니다. Etch back이라는 밀링으로 PR이 없는 부분의 물질을 날려버리는 방법이나, Lift off라고 물질을 쌓고 PR을 날리면 PR위에 있던 물질들이 PR과 함께 없어지는 방법이 있습니다. 이때의 PR을 sacrificial layer라 합니다.

 

각각 장단점이 있는데, etch back같은 경우 이미 알려져있지 않은 독특한 물질의 etch의 영향을 가늠하기 어려우면 다 갉아 먹을 수 있는 단점이 있습니다.

 

lift off의 경우 증착과정에 overdep이 후에 PR을 없애기위한 틈을 막아버리게 되어 뭔치않은 구조가 나올 수 있습니다. overdep은 벽면으로 부터 증착두께의 65%나 증착될수있어 문제가 조금 심각합니다.

 

따라서 빛이 퍼지면서 조사하므로 빛을 안받는 부분이 살아 남아있는 negative PR을 쓰는게 좋습니다.

추가로 PR을 2 layer로 쌓는 경우가 있는데, 대표적으로 기판위에 LOR이라는것을 spin coating하고 그 위에 PR을 올리는 경우가 있습니다.

 

이 2 layer는 정밀한 패턴을 완성할 때 쓰입니다.

lithography 후에 밀링을 진행할 때 패턴 벽면에 밀링이 되는 물질이 redeposition이 되게 되는데 이 때문에 아래 그림과 같이 옆으로 서있는 물질이 만들어집니다.

이를 없에기위해 LOR을 씁니다. LOR은 빛에 반응하지 않아 패턴은 만들어지지 않지만, Developer에 반응하여 PR보다 조금더 깊에 develop되게 됩니다. 이런 상황에 milling하여 redevelop이 된다하여도 lift off로 LOR을 날려보내면 안정적으로 옆에 쌓인 물질을 없앨 수 있습니다.

 

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!