리소그래피 공정은 반도체 공정에 있어서 그 선폭과 집적도를 결정짓는 핵심 공정이다 이러한 리소그래피 공정 중 만들고자 하는 패턴을 사진전사에 의해서 형성해주는 도구인 노광장비는 광학계, 스테이지계, 제어계로 구성되는 데, 여기에서는 이 중에서 광학계를 중심으로 노광장비를 설명한다. 노광장비의 기본적인 형태는 그 사용되는 광학계에 파라서 결정되는데, 크게 나누어서 밀착 노광 방식과 투영 노광 방식이 있다. (중략)
반도체 및 TFT LCD 제조 공정에서 핵심 공정인 Photo 공정은 PR(Photo Resist, 감광액) Coating -) Exposure(노광) -. Develop(현상)으로 이루어져 있다. 이중 Exposure 공정에 사용되는 장치가 노광장비이다. 노광장비는 Mask Aligner 라고도 불리는데, 그만큼 정렬기술이 노광장비에서는 중요하다. 반도체 및 TFT LCD 는 여러 충의 회로를 쌓아감으로써 층과 층간의 전기적 작용으로 생성되는 Tr.(Transistor) 또는 Diode 등의 수동소자를 집적하는 기술로 제조되는 것으로, 층과 층간의 전기적 작용이 설계한 바와 같이 이루어지기 위해선, 층과 층 사이의 정렬이 정확히 이루어져야 한다.(중략)
반도체 회로의 미세화로 단위 공정이 증가하면 TAT(turn-around time) 증가에 따른 제조 비용이 늘어난다. 반도체 공정 중 포토 공정은 마스크의 회로를 웨이퍼에 전사하는 공정으로 전사를 담당하는 노광장비의 성능에 의해 회로의 정확성이 결정된다. 이런 정확성을 검증하는 계측공정은 회로의 미세화가 진행될수록 필요성은 증가하나 TAT 증가의 주된 요인으로 최근 기계학습을 사용한 다양한 예측 모형들의 개발로 계측 결과를 예측하는 실험들이 진행되고 있다. 본 논문은 노광장비 센서들의 이상값을 감지하여 분류 후 계측공정을 진행하는 LFDC(Lithography Fault Detection and Classification) 시스템의 문제인 분류 성능이 떨어지는 것을 해결하기 위해 XGBoost를 사용하여 계측공정을 진행하지 않고 노광장비 센서의 이상값을 학습된 학습기를 통해 분류하여 포토 공정을 재진행하거나 다음 공정을 진행하는 방법을 실험하였다. 실험에서 사용된 계측 결과 예측 모형은 89%의 정확도를 확보하였고 반도체 데이터 특성인 심각한 불균형의 데이터에 대해서도 같은 정확도를 얻었다. 이런 결과는 노광장비 센서들의 이상값에 대해 89%는 정상으로 판단하였고 정상으로 판단한 웨이퍼를 실제 계측 시 예측과 같은 결과를 얻었다. 계측 결과 예측 모형을 사용하면 실제 계측을 진행하지 않고 노광장비 센서들의 이상값에 대한 판정을 할 수 있어 TAT 단축으로 제조 비용감소, 계측 장비 부하 감소 및 효율 향상을 할 수 있다. 하지만 본 논문에서는 90%의 성능을 보이는 계측 결과 예측 모형으로 여전히 10%에 대해서는 실제 계측이 필요한 문제에 대해 추후 더 연구가 필요하다.
2002년 초에 Dataquest에 의해 발표된 시장전망에 의하면, 2003년 이후 3$~$4년간 엑시머 레이저를 이용한 DUV 노광장비 시장은 큰 폭으로 확대될 것으로 전망하고 있으며, DRAM 수요의 증가와 12인치(300mm) 공정의 가속화가 그 예상을 뒷받침 하고 있다. 특히, KrF엑시머 레이저 공정 이후에 도입될 ArF엑시머 레이저 시장의 확대가 주목된다.
극자외선 노광공정(EUVL: Extreme Ultraviolet Lithography)은 반도체 공정에서 0.1$\mu\textrm{m}$ 이하의 해상도를 실현하기 위해 연구되고 있는 유력한 차세대 노장공정(NGL: Next Generation Lithography)이다. [1] 본 연구에서는 극자외선 노광공정에서 사용되는 반사형 다층박막 미러를 제조하기 위해서 직접 제작한 전산모사 도구를 이용하여 130~135$\AA$의 파장 영역에서 고반사도를 가지는 효율적인 다층박막의 구조인자를 예측하였으며, 그러한 구조인자를 실현하기 위해서 상온(~300K)에서 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다층박막을 증착하였다. 증착조건 중에서, 공정압력에 따른 다층박막 계면 성장의 질적 의존성이 나타났으며, 결과적으로는 낮은 공정압력에서 더좋은 계면특성을 가지는 다층박막이 형성되었다. 다층박막의 구성물질로 Ru, Mo, Si을 사용하였으며, 다층박막의 구조분석은 high/low angle XRD, 단면 TEM images 등을 이용하여 분석되었다.
본 연구에서는 의용생체공학에 널리 사용되는 미소바늘과 같은 3차원 고종횡비 미소구조물을 용이하게 제작할 수 있는 하이브리드 자외선 노광법에 대해 기술한다. 하이브리드 자외선 노광법은 기존에 사용되고 있는 경사노광, 회전노광 및 역노광을 혼합한 방법으로, 경사 및 회전노광은 경사진 축대칭 형상을 가지는 3차원 미소구조물의 제작이 가능하도록 하고 역노광은 자외선 노광공정 중 필연적으로 발생하는 하부기판에서의 자외선 반사를 최소화 시킨다. 자체 개발한 자외선 노광시스템과 SU-8 음성감광제를 이용하여 하이브리드 자외선 노광법의 다양한 공정조건이 최종 제작된 3차원 고종횡비 미소구조물 형상(종횡비, 선단의 곡률반경 등)에 미치는 효과를 확인한다. 또한 SU-8의 소프트 베이킹(soft baking) 조건과 미소구조물 선단 형상 사이의 관계에 대해서도 논의한다.
우리나라의 반도체와 디스플레이 산업의 발전으로 해당 분야에 대한 인력 수급이 더욱 활발해지고 있다. 이에 따라 학부의 반도체 수업에서는 기존의 이론에 최신 기술 동향뿐만 아니라 현장 중심형 실무 인재 양성을 위해 반도체 제작 공정도 심도 있게 다루고 있다. 하지만, 반도체 공정은 클린룸 안에 설치된 장비들과 고가의 재료들이 필요하기 때문에 대규모로 진행되는 학부 교육에서 공정 실습이 제공되기는 어렵다. 이 한계를 극복하기 위해 실제 공정이나 공정 이론을 시각화한 동영상 등이 보조 자료로서 사용되고 있으나, 실습으로 대체할 교보재로서는 부족하다. 본 연구에서는 이론 중심의 학부 교육에 간접적인 반도체 공정 실습을 제공하기 위해 3차원 기반의 가상 클린룸을 구현하고, 반도체 공정에서 가장 많이 사용되는 노광 장비에 대한 시뮬레이터를 구현하여 사진 공정 베이에 설치하였다. 본 연구에서 구현하는 공정 시뮬레이터는 학부 교육에서 다루는 이론을 시각화하는데 중점을 두었으며, 포토 마스크와 실리콘 웨이퍼의 정렬과 노광 공정의 진행 따른 감광제의 국부적 변화를 시각화하였다. 개발된 시뮬레이터는 모바일 기기 등과 같은 저성능의 컴퓨팅 환경에서도 실행될 수 있도록 메모리 사용을 최소화하여 실용성을 극대화 하였다.
집적회로 소자의 축소가 물리적 한계에 도달 한 이후 3D 패키징, 임베디드 패키징 및 팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP, fan-out wafer level packaging)과 같은 혁신적인 패키징 기술들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 FOWLP의 다층 재배선(redistribution layer)에 사용하기 위한 유무기 하이브리드 유전체 소재의 공정을 평가하였다. 폴리이미드(PI) 또는 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(PBO)과 같은 현 유기 유전체와 비교하여 폴리실세스키옥산(polysilsesquioxane, PSSQ)라고 불리는 유무기 하이브리드 유전체는 기계적, 열적 및 전기적 안정성을 향상시킬 수 있고, UV 노광을 통하여 경화 공정과 패턴 공정을 동시에 할 수 있는 장점이 있다. 폴리실세스키옥산 용액을 6 인치 Si 웨이퍼에 스핀 코팅한 후 pre-baking과 UV 노광 공정을 이용하여 패턴 및 경화를 진행하였다. 10분의 UV 노광 시간으로 경화와 $2{\mu}m$ 라인 패턴 형성이 동시에 진행됨을 확인하였고, 경화된 폴리실세스키옥산 유전체의 유전상수는 2.0에서 2.4 로 측정되었다. 폴리실세스키옥산 소재를 이용하여 고온 경화 공정없이 UV 노광 공정만으로 경화와 패턴을 할 수 있는 공정 가능성을 보였다.
노광을 통해 형성되는 패턴 단위를 Shot이라 부르며, 이때 노광되는 각 Shot은 Wafer상에 이전 Layer에서 형성되어 있는 Shot 위에 정확히 중첩되어 형성 시켜야하며, 노광된 Shot이 중첩되어야 할 이전 Layer의 Shot에 대해 얼마만큼의 위치적 오차를 가지고 형성 되었는가 하는 것은 중첩위치오차 (Overlay Alignment Error)로 계측 된다. 이렇게 계측된 중첩위치오차는 현재 진행된 Lot에 대한 재 공정 필요 여부를 결정하거나 다음 Lot 공정을 진행할 때 각 Shot를 이전 Layer Shot에 정확히 중첩시키기 위해 얼마만큼의 위치 보정이 필요한지를 결정하는데 사용된다. 이처럼 Device Node의 Shrink로 인해 엄격한 허용도를 만족시키기 위해서는 Overlay 측정 정확도의 향상이 매우 중요해 지고 있다. 본 논문에서는 Halogen Lamp 대비 Led의 Light Intensity 부분에 대해 중점적으로 실험 하였으며, RBG Type의 Led는 Halogen Lamp Wavelength (광대역) 400nm ~ 800nm가 모두 포함된 White Light Source에서 특정한 단일파장대역 600nm ~ 650nm (가시광선 Led 영역)에서 계측하는 Layer에 대해 적용 가능성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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