1-9 photolithography(포토리소그래피) 공정_Develop(현상), Hard Bake, ADI, Rework

photolithography(포토리소그래피) 공정_Develop(현상), Hard Bake, ADI, Rework

 

photolithography(포토리소그래피) 공정 순서

HMDS도포(wafer prime) - PR Coating - soft bake - Expose - PEB(Post Exposure Bake) - Develop - hard bake

 

이번 시간에는 Develop, hard bake, ADI, Rework에 대해 알아보겠습니다.

Develop

Develop(현상) 공정이란 현상액을 사용하여 빛에 화학반응한 PR을 날려 후속공정(Etch or Ion implant)이 진행되도록 해주는 공정입니다.

Positive PR이라면 빛을 받은 부분이 현상액으로 제거되고

Negative PR이라면 빛을 받지 않은 부분이 현상액으로 제거됩니다.

주로 Positive PR의 경우 염기성 수용액과 같은 현상액으로 제거하고 Negative PR은 유기용매를 사용하여 제거합니다.

가장 많이 사용하는 알칼리 용액으로 TMAH가 있습니다.

 

왜 주로 Positive PR을 사용할까요?

Negative PR은 Positive PR에 비해 저렴하고 강도가 높아 후속공정인 Etch공정에서 보호막(barrier mask) 역할을 잘해줄 수 있습니다. 하지만 치명적인 문제인 Swelling(팽윤) 문제가 발생합니다.

Swelling이란 부푼다는 뜻으로 현상액으로 현상 시 노광된 부분에 용매가 녹아들어 가 부푸는 현상이 나타납니다. 이로 인해 미세패턴을 구현하기 힘들어집니다. 갈수록 패턴이 좁아지고 있으므로 대부분 Positive PR을 사용하게 되었습니다.

 

Hard Bake

Hard Bake란 현상이 완료 된 후 soft bake보다 높은 120도 정도의 온도에서 열처리를 하는 공정입니다. soft bake에서는 solvent를 조금 남겨두었다면 hard bake에는 완전히 제거하여 PR과의 접착력을 올리고, 후속에 있을 Etch공정에서 내성을 증가시켜 줍니다. 이 역시 마찬가지로 열팽창계수의 차이로 인해 열을 식히는 Cooling 과정을 거치게 됩니다.

지금까지 Bake는 3번 있었으니 각 Bake의 목적을 다시한번 정리해 보겠습니다.

 

Soft Bake : PR 내 Solvent를 약 5% 정도까지 제거, 이를 통해 PR의 밀도를 높여 Wafer와 접착력을 강화.

Post Exposure Bake : Stading wave로 인한 물결무늬 제거.

Hard Bake : PR 내 Solvent 완전 제거. 후속에 있을 Etch공정에 대한 내성 강화.

 

ADI(After Develop Inspection)

포토공정 후 검사

Photolithography공정이 끝난 후 진행되는 검사입니다. 이 과정에서 CD, Overlay를 측정합니다.

여기서 CD란 Critical Dimension의 약자로 가장 작은 크기의 회로선폭을 의미합니다.

Overlay란 층간 정렬오차를 의미합니다. 만약 측정한다면 2번째 layer에 패턴과 3번째 층에 있는 layer의 패턴이 얼마나 틀어져 있는지를 나타내는 수치입니다. 여기서 Photolithography공정의 장점인 Rework라는 개념이 나옵니다. 만약 CD, Overlay를 측정했는데 우리가 원하지 않는 방향으로 나왔다면 어떻게 해야 할까요? 다시 처음부터 시작하는 Rework이라는 방법이 있습니다.

 

Rework

Rework이란 CD, overlay등 원하는 spec이 나오지 않는다면 Photolithography공정 처음부터 다시 시작하는 걸 의미합니다. 다시 시작하는 방법은 PR을 현상액으로 전부 날려버리면 끝입니다. 그럼 다시 처음부터 원인 파악 후 공정조건을 달리해서 HMDS부터 시작할 수 있습니다.

Photolithography공정이 끝난 후 Etch공정이 진행되었다면 Rework을 할 수 있을까요?

정답은 못합니다. 포토공정은 막질에 손상이 거의 없이 PR만 날리면 끝이지만 Etch공정은 막질에 손상을 주기 때문에 되돌릴 수 없습니다.

 

지금까지 Photolithography공정의 순서에 해당하는 과정들을 자세히 공부해 보았습니다.

다음 글은 펠리클, PR의 소재에 대해 다뤄보겠습니다.