Patterning

2차원 CD 불량
목표보다 크거나 작아지는 CD(Critical Dimension) 불량
Bright Field(BF) 현미경 이미지나 CD-SEM 설비로 관찰 가능

LER(Line Edge Roughness): 패턴의 거칠기 정도
LWR(Line Width Roughness): 거친 패턴으로 인한 CD 산포

빛의 양은 최소한의 수준을 가져야 하지만
너무 적으면 신호 대비 잡음이 커지고, 패턴에 국부적 차이 발생
-> 빛의 양을 늘리거나 민감도 높은 PR 사용


3차원 Profile 불량
각도가 85도보다 아래로 내려가 PR이 누운 형태
TCD, MCD, BCD를 측정해 관리

T-shape: 노광면 상부에 PR이 맺혀있는 형태
Footing: 노광면 하부에 PR이 남는 형태
(흔히 대기 중 / 기판의 염기 물질 오염으로 발생)
(산과 중화반응으로 감광제와 반응할 산이 부족해 현상이 덜된 것)

Undercut: 노광면 하부에 현상액이 침투해 남아야 할 PR 일부 침식
(조사한 빛이 WF 하부에 반사되거나, 현상이 과도하게 된 경우)
ARC(Anti-Reflection Coating)를 도포해 방지 (반사광 소멸)

정반사 -> 정상파 / 난반사 -> undercut, footing
ARC를 PR 위에 코팅하면 TARC, 아래에 코팅하면 BARC
(TARC는 빛이 PR까지 도달하기 힘들어 BARC를 주로 사용함)
유기 BARC는 포토 후 Ashing 공정으로 쉽게 제거되고 저렴함

노광 후 현상 과정까지 대기 시간이 길면 산 이온이 깊이 침투해
space는 넓어지고 line은 좁아지는 line slimming 발생



ArFi = Pitch 80nm 수준 -> multi-patterning

LELE (Litho-Etch-Litho-Etch)
절연체를 하드 마스크로 사용해 식각하고, 그 위에 PR 패터닝 후 박막 식각
노광 시 정밀한 오차 제어 필요, 공정 증가
(Contact 등 점을 정의하는데 유리)

SADP (Self-Aligned Double Patterning)
PR 패터닝 -> spacer 형성 -> PR strip -> 하드마스크 식각 & spacer 제거 -> 패턴 식각
포토 공정 1회로 줄일 수 있으나 공정 스텝 수 증가
(길게 형성된 패턴(Fin)에 유리)

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RES(해상도): 구현할 수 있는 최소 패턴 크기 (작을수록 우수) (더 중요)

Rayleigh 방정식
$RES = k_{1}\frac{\lambda}{NA}=k_{1}\frac{\lambda}{n\sin\theta}$
(NA = 개구수(렌즈 크기)(집광력), n = 매질)
k₁ = 공정상수 (조명 조건 등)

NA 클수록 회절각 높은 1차광 받을 수 있고
파장이 작을수록 회절각 작아져 RES 향상

단파장의 빛을 사용 / 렌즈의 개구수 높이기

(EUV는 NA가 0.33~0.5로 매우 낮은 수준)
(파장이 짧으면 매질에 잘 흡수됨 -> 반사광 이용)
(& 투과형 마스크는 에너지 손실 커 반사하는 Mo/Si와 흡수층의 마스크를 사용)
(이때 흡수 에너지에 의해 변형되는 것을 방지하기 위해 LTEM(낮은 CTE) 사용)

DOF(Depth of Focus, 초점심도): 상하로 얼마까지 움직여도 노광이 가능한지 (선명도)
Lens의 중심에서 들어오는 빛과 Lens 끝에서 들어오는 빛의 경로차가
파장의 1/4 이하가 되는 영역

$DOF = k_{2}\frac{lambda}{n(\sin\theta)^{2}}=k_{2}\frac{n\lambda}{NA^{2}}$



빛이 통과하는 매질을 공기보다 굴절률 높은 것으로 바꾸면 RES, DOF 개선 가능
-> 렌즈와 PR 사이에 물을 넣는 액침 노광 (Immersion, ArF)
굴절각이 커 입사각이 작아 초점심도 개선 가능
큰 렌즈를 사용할 수 있어 해상도 개선 가능
-> 액체 내 버블이 없도록 관리해야 함

OAI (Off Axis Illumination)
0차광을 경사지게 입사시키는 비등축 조명 노광 기법
광량이 감소해도 해상도를 개선할 수 있음

PSM (Phase Shift Mask)
마스크 내의 인접 패턴의 위상을 반대로 바꿔 간섭을 없애 해상도 개선
마스크 일부를 파거나 일부 물질을 덧대는 방식으로 제작
공정이 까다롭고 단가가 높다는 단점

OPC (Optical Proximity Correction)
빛의 산란, 간섭을 미리 예상해 패턴을 변조하여 마스크 제작