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제 10 장 Lithography II

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Academic year: 2022

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제 10 장 Lithography II

1. Mask Technology

(1) 제작 방법

▢ hand-cut or machine cut artwork (rubi lith)

• 보통 250 배율로 만들고 나서 2 단계를 거쳐 사진기 를 이용하여 축소시킴

• 해상력 > 4μm

▢ optical pattern generation

• 직접 사진용 판에 최종 크기로 노광시킴

• 해상력 > 2μm

▢ e-beam pattern generator

• 직접 감광막에 노광시킴.

• 해상력 < 0.5μm

(2) 기본 mask 구조

Glass Blank Plate : chrome, Si, iron oxide

• Issues:

- Blank: 빛의 투과성, 열 팽창, 표면의 평판도 - Plate: 패터닝, 내구성, 결함 농도

(2)

▢ Dark Field vs. Clear Field

(3)

- 3 -

2. Mask Aligner Technology

(1) Mask Aligner 종류

(4)
(5)

- 5 -

▢ Projection Printing 종류

(6)

3. Physical Limitations of Optics

(1) Diffraction (회절)

(7)

- 7 -

(2) Diffraction and Image Formation

▢ Abbe Theory of Image Formation

(8)

(3) Resolution

(9)

- 9 -

(10)

• Resolution

- Printable Pminimum = sin

∵ The lens has to collect at least the n =1 diffracted beams to show any spatially varying intensity on wafer.

∴ Resolution = 

min

 sin

 

 

 

- Practically, resolution = 

k1: a constant between 0.25 and 1, depending on optics, resist, and process latitude. Typically k1 = 0.6

* Numerical aperture = sinθ

(11)

- 11 -

(4) Depth of Focus

(12)

• Depth of Focus

λ

4 = D oF - D oF cos θ = D oF( 1 - cos θ )

여기서, c o s θ = 1 - 2 s in 2 ( θ2 ) ≈ 1 - 2 ( N A2 ) 2

λ

4 = D o F NA 2 2

D o F = ± λ

2 NA 2 실제적으로는, D o F = ± k λ

NA 2

(13)

- 13 -

4. Misalignment Error

• Use special alignment structures boxes within boxes, or crosses within crosses

• New layer aligned within layer below

• Watch for 3 types of errors ① Thermal run-out

② Translational error ③ Rotation errors

(14)

▢ Alignment Marks in Mask

• Each level has it own alignment mark

• Generally "plus" sign type

• Two types of alignment mark

(15)

- 15 -

▢ Alignment Marks: Level to level

• Next level must be able to align to level below

• Upper level marks is wider by minimum geometer on each side

• Light field centers upper level in lower

• Dark field centers lower level in upper

• More complicated when mix differ level types

(16)

• Total Overlay Tolerance



σi = std. deviation of overlay error for ith masking step

σtotal = std. deviation for total overlay error * Layout design-rule spec. should be > σtotal

(17)

- 17 -

5. Super Resolution Techniques

(1) Phase Shift Mask

(18)

(2) OPC(optical proximity correction) - 광학 근접 보정

- 이미지 능력을 향상시키기 위해 인접한 하위 해상도 형상을 변형시킨 모양들을 이용한 기술 (Square의 contact hole은 circle 로 되기 때문에 정확한 square를 만들기 위해 additional geometry를 사용한다)

(19)

- 19 -

(3) Off-Axis Illumination

(20)

6. Next Generation Lithography

XRL: X-Ray Lithography

EPL: Electron Projection Lithography IPL: Ion Projection Lithography

(21)

- 21 -

(1) EUV (Extreme Ultra-Violet) Lithography

▢ 특성

- 극자외선 리소그래피는 차세대 기술로써 throughput 손실 없이 최소 선폭을 30nm로 향상시킬 수 있음

- 극자외선 파장 : 10~14nm

▢ 광원

- Discharge-produced Sn Plasma: 13.5 nm - Laser-produced Xe Plasma: 11.4 or 13.5 nm

▢ 노광 시스템

- 극자외선은 렌즈를 통과할 수 없으므로 거울의 반사를 이용하여 상을 축소시키고 또한 이러한 반사율을 극대화 하기 위하여 다층 박막을 이용함. 즉, 극자외선을 마스크 에 반사시켜 웨이퍼 위에 패턴 형성

(22)

▢ 극자외선 리소그라피 장치의 개략도

* paraboloid: 포물면, ellipsoid: 원면

▢ 문제점

- 극자외선은 모든 물질에 강하게 흡수가 잘 된다. 따라 서 리소그래피 공정 시 챔버 안은 진공 상태를 유지해야 한다.

- Mask blank는 방출되는 파장 (10~14nm)의 반사도를 최대화하기 위해 다층으로 코팅을 해야만 한다.

(23)

- 23 -

(2) X-Ray Lithography

▢ 특성

• 파장: 5 - 20 Å

• Advantages

- High resolution: 0.1 μm 이내 - Large DoF ( > ±10 μm )

- Wide field size: 50 x 50 mm2 - Single layer resist processes

▢ 노광 장치

① Proximity Exposure System

② Projection Exposure System

(24)

▢ 문제점

• Mask fabrication

• Large optical facilities

• High accuracy alignment system

• High sensitivity resist material

▢ Mask Fabrication Processes

(25)

- 25 -

(3) E-Beam Lithography

▢ 특성

• 파장    

 

(e.g. λ = 0.07 Å with 30 KV)

• Advantages

- High resolution ~ 1 nm

organic resist PMMA ~ 7 nm

inorganic resist, b.v. AlF3 ~ 1-2 nm - Large DoF ( > ±10 μm )

- Chip size free - Maskless

• 문제점

- Low throughput -> cell/block exposure - Proximity effect/ charge-up

- High sensitivity/ high resolution resist

▢ Exposure System Schematics

(26)

▢ Inter and intra proximity effects in e-beam exposure

(27)

- 27 -

▢ Cell Projection System

(28)

(4) Immersion Lithography

• liquid with index of refraction n>1 is introduced between the imaging optics and the wafer

• λliquid = λair /n

• With water, the index of refraction at = 193 nm is 1.44, improving the resolution significantly

(29)

- 29 -

(5) Ion Beam Lithography

• 이온 빔 리소그래피는 광, X-선 또는 전자 빔 리소그래 피 기술보다 고해상도를 갖는다. 왜냐하면 이온은 높은 질량을 가지며 따라서 전자 보다 덜 산란이 된다. 가장 중요한 적용은 광 리소그래피를 위한 마스크의 repair이 다

Trajectories of 60-keV H+ ions traveling through PMMA into Au, Si and PMMA

• ion beam의 산란은 매우 적고 Si의 경우 back scattering이 거의 없다 (Au 경우 아주 적음)

• 그러나 ion beam litho는 ion beam를 broadening하 는 space charge 효과가 생길 수 있다

(30)

• 여러 가지 lithography 기술들의 상호 비교

참조

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