노광공정 해상도

반도체 전공정 기술은 
선폭을 줄이는 것이 목표이자 
핵심 경쟁력이고, 이는 성능개선과 
원가개선을 동시에 달성할 수 있다.

반도체 칩 미세화 기술

(동일 면적 내에 그림을 더 작게 그리면, 더 많은 그림을 그릴 수 있음 : 면적 당 생산성 증대 + 원가 절감)

 

 

왜 노광공정이 중요할까?

노광 공정

 

1) 노광공정은 공정 시간 기준으로 
전체 생산 공정 시간의 약 60%를 차지하며, 
원가율도 전체 중 약 35%가량을 차지할 정도로
비중이 크다.


2) 노광공정은 빛으로 웨이퍼에 반도체 회로를 
그리는 작업으로 회로를 얼마나 미세하게 
그릴 수 있는 지를 결정짓는 공정이다.


노광공정에서 미세공정 능력은 
해상도를 통해 수치화된다.

해상도를 증가시키기 의한 방법은
레이레이의 방정식을 통해 확인 가능하다.

R 감소(해상도 증가)를 위한 각 변수들 (Rayletgh's Equation)

 

 

 

 

웨이퍼 표면에 전사할 수 있는

최소의 크기가 작을수록 더 작은 선폭이 가능하다.

 

 

해상도를 좋게 하기 위한 방법으로는

파장(λ)이 작은 광원을 사용하거나

공정 변수(k1)를 감소 그리고

렌즈수차 (NA=개구율)을 증가하기 위해

구경 렌즈를 큰 걸 사용하면 된다.

추가로 NA(개구율)에서 n은 물질의

굴절률을 
의미하고 n을 크게 하면 NA도 커지기 때문에 
웨이퍼와 렌즈 사이에 굴절률이 큰 물질을 사용함으써

해상도를 좋게할수 있다.
웨이퍼와 렌즈 사이에 물(공기 : 0.93, 물 : 1.3)을 넣어

n(굴절률) 값을 크게 하는 immersion 방법이 있다.
 

노광공정의 발달은 이와 같이
해상도를 증가시키는 방향으로
진행되었고 이는 파장(λ)이 작은 광원,
렌즈 크기가 큰 방향으로 진행되어 왔다.

 

 

 

 노광공정의 발달

노광공정의 기술력은 노광장비의 
성능에서부터 시작되고 노광장비의 성능을 이루는

여러 요소 중의 하나가 바로 광원의 종류가 된다.


업계는 더 짧은 파장을 갖는 광원을 노광장비에
활용하기 위해 연구해 왔다.

광원은 아래와 같이 발달해 왔다.
수은 램프 -> KrF(낸드플래시 공정에 사용) -> ArF 

현역 ArF 193nm인데 어떻게 미세 회로를 
그릴 수 있는지에 대한 의문

이때 등장하는 기술이 액침노광과 멀티 패터닝 기술이다.

 

 

액침노광과 멀티 패터닝

액침노광 & 멀티패터닝

 

 

액침노광

액침노광

 

액침노광은 액체에 광원을 굴절시켜 
193nm의 파장으로 더 세밀한 패턴을 
그릴 수 있도록 돕는 기술이다.
(액침 렌즈 렌즈와 웨이퍼 사이의 매질을 
공기에서 물로 바꾸면서 굴절율을 높임)

 

멀티 패터닝

Multi-Patternening(멀티패터닝)

 

 

멀티 패터닝은 노광, 현상, 식각을

여러 번

멀티 패터닝으로 더 세밀한 회로를 그릴 수 있다?

기성 장비로 한 번에

그릴 수 있는 미세한 패턴을 그려본다. 
이후 현상, 식각을 하게 되면 
불화 아르곤 액침노광 기술로 달성할 수 있는 
미세 회로가 그려진다. 

그러고 나서 다시 한번 패터닝을 한다. 
이번에는 위치를 조금 조정하여 
다시 한번 노광 작업을 하면 한 번에 
그릴 수 없었던 미세회로가 그려진다. 

 

트리플, 쿼터러블로 패터닝수를 

늘려나가면 계속해서 조금씩 
더 세밀한 회로를 그릴 수 있게 된다.
이것이 멀티 패터닝이다.
이렇게 업계는 10nm 공정까지 오게 됨. 

하지만 여기서 더 앞으로 나가지 못하는 이유?

1. 정렬 오차 멀티 패터닝으로 
조금씩 엇나가는 패턴이 발생

2. 공정의 증가. 생산공정이 길어지기 
때문에 생산에 필요한 물적, 시간적 
비용이 선형적으로 계속 늘어난다.

이러한 문제를 막기 위해 다양한 방안이 보안됨.

 

스페이서

스페이서 증착 및 식각

 

대표적인 것이 스페이서를 통해 정렬 오차를 줄이는 방법
정렬 오차는 개선되지만 공정의 수가 더 증가.
TSMC는 7nm까지 ArF로 끌어옴 
-> 한계에 다다름. (패턴의 품질, 비용)

 

차세대 공정으로 EUV가 등장