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Photoresist의 진화
Mar 15, 2018

반도체 포토 레지스트는 반도체 제품의 소형화 및 기능 다양 화를 위해 시장이 요구하는 바와 같이 집적 회로의 고밀도화를 위해 노출 파장을 줄임으로써 한계 해상도를 지속적으로 향상시킵니다. IC 통합의 향상으로 세계 집적 회로의 공정 수준은 마이크로 미터, 서브 미크론, 딥 서브 미크론 수준에서 나노 단계로 접어 들었다.


집적 회로 선폭 협소화의 요구 사항을 충족시키기 위해 G 라인 (436nm), I (365nm), KrF (248nm), ArF (193nm), F2 (157nm), 전송 EUV의 방향으로 극단 자외선의, 그리고 해상도 향상 기술과 해상도의 수준 포토 레지스트를 지속적으로 향상시킵니다.


현재 반도체 시장에서 사용되고있는 주요 포토 레지스트는 G 라인, I 라인, KrF, ArF 등 4 종류의 포토 레지스트를 포함하고 있습니다. G 및 I 라인 포토 레지스트는 시장에서 가장 널리 사용되는 포토 레지스트입니다.

 

  

노출 시스템의 부분들 사이에는 기본적인 관계가 있습니다.

R은 최소 피처 크기, 즉 해결할 수있는 최소 거리입니다. K 1은 상수이고 Rayleigh 상수라고도합니다. 람다는 노광 광원의 파장이고, NA는 렌즈의 개구 수이다. 따라서 최소 특성 크기를 더 줄이는 방법은 광원의 파장을 줄이고 NA 값을 높이는 것입니다.

  

곱셈의 발전은 UV로부터 DUV까지의 파장을 사용하는 노광 리소그래피 방법 기계의 파장에 따라 감소하며, 고압 수은 램프로부터 엑시머 레이저까지의 광을 사용한다. 플라즈마의 주석 증기를 광원으로 사용하여 ASML에 의해 도입 된 가장 눈에 띄는 자외선 UVV 포토 레지스트는 파장을 13.5nm로 줄입니다. 그러나 전체 포토 리소그래피는 진공 환경에서 발생해야하며 생산 속도는 낮습니다.


  

고해상도 노출 소스를 추구하면 사람이 두 종류의 비 광학 광원 X 선 및 전자빔을 생각하게됩니다. 전자빔 리소그래피는 이제 고품질 마스크 및 돋보기 마스크를 생산하는 데 사용되는 성숙한 기술입니다.


이 방법은 전통적인 리소그래피 리소그래피와 다릅니다. 그것은 전자빔과 컴퓨터 제어로 직접 기록 될 수 있으며, 0.25를 달성 할 수 있습니까? 지금 M 해상도. 그러나 이러한 생산 방식은 더 느리고 진공 상태에서 이루어져야합니다.


단 4 ~ 50a의 X 선 파장은 이상적인 광원이지만 X 선은 대부분의 마스크를 통과 할 수 있으며 X 선 X 선 포토 레지스트 개발은 사용되지 않아 어려워집니다.


그러나 NA는, 사람들은 또한 침지 리소그래피 기계의 방법을 생각해 냈습니다, 렌즈와 포토 레지스트 사이의 매체는 공기 이외의 다른 물질로 대체되고 NA의 개구 수를 크게 증가 시키며, 노출을 바꾸지 않고 리소그래피 해상도를 만듭니다 193nm 기술은 45nm 공정 노드의 요구 사항을 충족시킬 수 있지만, 28nm 공정 노드는 액침 기술을 통해 도달 할 수있다.


침지 및 이중 노출의 조합은 193nm 리소그래피의 프로세싱 노드를 22nm 레벨로 감소시킬 수 있으며, 프로세스 노드의 한계는 10nm에 이르며 193nm 리소그래피는 여전히 시장에서 널리 사용된다.

 

  

포토 레지스트의 적용은 포토 리소그래피 기계의 발전과 보조를 맞춰야합니다. 노광용 리소그래피를 사용하여 자외선 네가티브 포토 레지스트에서 포토 레지스트를 연속적으로 업그레이드하고 UV 포지티브 포토 레지스트, DNQ- 노 볼락 포지티브, 그리고 딥 UV 포토 레지스트, 화학 증폭 포토 레지스트 (CAR)를 대체하는 고리 화 된 고무 네가티브 접착제.


(1) UV 네거티브 포토 레지스트

   Eastman-Kodak은 1954 년에 첫 번째 감광성 폴리머 인 폴리 비닐 알코올 신나 메이트를 합성하고 폴리 비닐 알코올 신나 메이트 및 그 파생물 포토 레지스트 시스템을 개시했습니다.이 시스템은 전자 업계에서 최초로 사용 된 포토 레지스트입니다. 1958 년 코닥 (Kodak) 회사는 또한 고리 형 고무 - 디아 지드 (cyclic rubber-diazide) 포토 레지스트를 개발했습니다.

이 접착제는 실리콘 웨이퍼에 접착력이 좋고 빠른 감광성과 강한 습식 에칭 능력이 장점이기 때문에 1980 년대 초반 전자 산업의 주요 접착제로 사용되어 당시 총 소비량의 90 %를 차지했습니다.

그러나 유기 용제로 개발 되었기 때문에 필름은 현상시 팽창하여 네가티브 접착제의 분해능을 제한하므로 이산 소자 및 5, m, 2 ~ 3m 집적 회로 제작에 주로 사용됩니다. 그러나 집적 회로의 수준이 지속적으로 향상됨에 따라, 집적 회로에서 네거티브 접착제의 적용은 점차 긍정적으로 대체되었지만 여전히 이산 소자 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있습니다.


(2) 자외선 포지티브 포토 레지스트

페놀 수지 - 1950 년경 알칼리성 현상액을 사용하여 다이아 조나스 퀴논 포지티브 포토 레지스트를 개발하였으며, 현상시 필름 부풀음 문제가 없어 고해상도 및 건식 에칭에 대한 내성이 강하므로 대규모 집적 회로 및 대형 스케일 집적 회로. UV 포지티브 포토 레지스트 노광기는 광역 UV 자외선 포토 레지스트 (2-3m, 0.8-1.2m), G (0.5-0.6m) 포지티브 라인, I 라인 (0.35-0.5m) 포지티브 주로 집적 회로 제조 및 LCD 제조에 사용됩니다.

I 라인 기술은 90 년대 중반에 G 라인 포토 레지스트의 위치를 대체했으며 현재 가장 널리 사용되는 포토 레지스트 기술입니다. I 선 photoetching 기계의 개선으로, I 선은 또한 0.25um의 집적 회로의 긍정적 인 선폭을 만들 수 있고, I 선의 서비스 기간을 연장한다. 일반적인 장치에서 1/3 레이어는 실제 키 레이어이고 1/3 레이어는 키 레이어이고 다른 1/3은 중요하지 않은 레이어입니다. 포토 레지스트 및 디바이스 기술의 임계 상태를 실리콘 층과 일치시키는 혼합 매칭 포토 리소그래피 방법이있다. 예를 들어, 0.22um DRAM 장치, I 라인 스테퍼는 전면 라인 스캐너 이미징에 깊은 UV 단계로 나머지 20 층 13 층 패턴, 나머지 7 층의 총에 대한 핵심 레이어 장치를 형성 할 수 있으며, 생산 비용 때문에, I 포토 레지스트는 일정한 시장 점유율을 차지하기 위해 오랫동안 지속될 것입니다.


(3) 딥 UV 포토 레지스트 딥 UV 포토 레지스트

UV 포토 레지스트와 달리, 깊은 UV 포토 레지스트는 화학 증폭 포토 레지스트 (CAR)입니다. CAR의 특징 : 광 조사, 산의 산 분해, 베이킹, 촉매로서의 산, 촉매 막 형성 수지 (플라스틱), 그룹 또는 촉매 가교제의 탈 보호 및 바인더 수지의 가교 반응 (네거티브 아교 );

또한, 보호 반응 및 가교 결합 반응을 제거한 후, 산은 소비되지 않고 다시 방출 될 수 있으며 촉매 작용을 계속하여 노출에 필요한 에너지를 크게 감소시켜 포토 레지스트의 감광도를 크게 향상시킨다.

KrF 엑시머 레이저를 노광 원으로 사용하는 248nm 포토 레지스트의 연구는 1990 년에 시작되어 1990 년대 중반과 후기에 성숙 단계에 접어 들었다. CAR에서 가장 널리 사용되는 광산 화제는 설폰 산을 생산하는 Weng 염 또는 비이 온성 광산 화제이며 주요 기능성 중합체는 에스테르 화 폴리 (히드 록시 스티렌)이다.

248nm 포토 레지스트는 0.25nm의 KrF 엑시머 레이저 선폭과 결합되며, 0.18 ~ 0.15㎛의 선폭에 성공적으로 적용된 노광기 NA 및 개선 된 정합 리소그래피 기술을 증가시킴으로써 256M DRAM 및 관련 논리 회로의 개발이 가능하며, 1G DRAM 및 관련 장치. 위상 시프트 마스크, 오프 액시스 조명 및 근접 보정으로 248nm 포토 레지스트는 0.1M 미만의 그래픽을 생성하고 90nm 노드로 들어갈 수 있습니다.   

이 결과는 248nm 포토 레지스트 기술이 성숙기에 접어 든 것을 나타냅니다.

광산 및 248nm 원 자외선 포토 레지스트에 의한 ArF 193nm 원 자외선 화학 증폭 형 포토 레지스트는 대략 동일하지만 벤젠 함유 막 형성 수지를 함유 한 248nm 자외선 포토 레지스트로 인해 기능성 폴리머에서 193nm에서 강한 흡수력을 가지며 원 자외선 193nm 포토 레지스트.

193nm 포토 레지스트 수지는 193nm의 파장에서 투명하며 기판과의 접착력이 좋으며 유리 전이 온도가 더 높습니다 (일반 요구 사항 130-170 ℃). 화학 증폭 포토 레지스트 이미지에는 산 민감성 펜던트 그룹이 있어야합니다. 이미징 능력을 향상시킵니다. 일반적으로 사용되는 193nm 포토 레지스트 재료는 아크릴 레이트, 융합 고리 올레핀 첨가, 환상 올레핀 말레 산 무수물 공중 합체, 실리콘 함유 공중 합체, 다중 공중합 시스템 및 작은 분자 물질로 나눌 수 있습니다.

현재 193nm는 시장을위한 주류 솔루션이며, EUV 상용화 이전의 가장 진보 된 솔루션이기도합니다.


(4) 차세대 EUV 포토 레지스트

진행중인 EUV 포토 리소그래피는 특별한 포토 레지스트와 일치해야하며, EUV 포토 리소그래피의 기술은 또한 EUV 포토 레지스트에 대해 매우 까다로운 요구 사항을 만들어 냈습니다. EUV 포토 레지스트는 낮은 광선 투과율, 높은 투명도, 높은 에칭 내성, 고해상도 (22nm 미만), 고감도, 낮은 노출 선량 (2 × 10mJ / cm 미만), 높은 환경 안정성, 낮은 가스 및 낮은 라인 에지 조도 1.5nm보다 큼).

이 기술은 단지 13.4nm 광원만을 사용하기 때문에 주재료에서 높은 흡수 요소 (예 : F)를 최소화해야하며 C / H 비율도 증가시켜 흡수를 줄여야합니다 13.5nm에서 재료의. 북경 분자 과학 연구소 및 CAS 화학에서 언급 한 포토 레지스트의 진행 상황을 검토 한 결과 EUV 리소그래피에 사용되는 포토 레지스트 시스템은 주로 문헌에보고 된 3 가지 종류가 있음을 나타냅니다.