01. 포토리소그래피(photo lithography) 기술이란
기판 상에 포토레지스트 막을 형성하고,
포토레지스트 막에 대해 일정 패턴의 개구부를 가지는 포토마스크를 통해 광/전자선 등의 방사선을 조사한다.
방사선을 조사하면, 일정 패턴의 개구부에 의해 노출된 포토레지스트 막은 화학적 성질이 변한다!
이후, 현상액을 부어 화학적 성질이 변한 포토레지스트 막을 제거하거나 잔류시킴으로써 포토레지스트 패턴을 형성한다.
포토레지스트 막을 형성하는 포토레지스트 조성물은 Positive // Negative 형으로 구별된다.
[Positive] 현상액에 의해 노광된 포토레지스트 막이 제거
>> 포토레지스트 막은 현상액에 용해 X
>> 포토레지스트 막이 노광된 부분 (*광/전자선 등에 노출된 부분) : 현상액에 용해되는 특성으로 변화
포토레지스트 막이 비노광된 부분 (*광/전자선 등에 노출되지 않은 부분) : 현상액에 용해 X
[Negative] 현상액에 의해 노광된 포토레지스트 막이 잔류 // 현상액에 의해 비노광된 포토레지스트 막이 제거
>> 포토레지스트 막은 현상액에 용해 O
>> 포토레지스트 막이 노광된 부분 : 현상액에 용해되지 않는 특성으로 변화
포토레지스트 막이 비노광된 부분: 현상액에 용해 O
| 100 - 기판, 102 - 박막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막, 실리콘 산화막 등, 104 - 레지스트 하층막 106 - 포토레지스트 막, 110 - 포토마스크 106a - 노광된 부분 // 106b - 비노광된 부분 >>> 106a는 현상액에 의해 씻겨지고, 106b는 남아서 포토레지스트 패턴을 형성함. |
02. 포토리소그래피 기술의 발전
반도체 소자, 액정 소자의 제조에서, 급속한 미세화가 진행됨
>> 포토레지스트 패턴의 미세화 요구됨
>> 포토레지스트 막을 노광하는 광의 단 파장화!
포토리소그래피에 쓰이는 광/전자선은 다음과 같다. 내려갈 수록 짧은 파장.
- g 선, i 선으로 대표되는 자외선
- KrF 엑시머 레이저 (248nm)
- ArF 엑시머 레이저 (193nm)
- F2 엑시머 레이저 (157nm)
- EUV 극자외광 / 전자선 / X선
03. 포토레지스트 조성물
고해상성을 가지는 포토레지스트 조성물 필요 - 화학 증폭형 레지스트(CAR; chemical amplified resist) 조성물 많이 사용됨
포토레지스트 조성물 : 산에 민감한 보호기(acid labile group)를 포함하는 (레진) + 산 발생제 (광산 발생제) + 용매
포토레지스트 조성물의 주요 구성은 다음과 같다.
| 용매 : 포토레지스트 조성물이 용해될 수 있는 용매 레진/ 폴리머 : 포토레지스트 조성물의 기계적 성질 결정 sensitizer / 감응제 / 광산 발생제 : 빛을 받으면 화학 반응을 일으키는 물질 / 빛을 받으면 산을 발생시키는 물질 (EX, PAG) 퀜처(quencher) : 주로 염기성, 산과 결합할 수 있는 물질로, 산이 비노광된 영역으로 침투하는 것을 방지함. 광분해성 염기도 有 (EX, PDQ - photo decomposable quencher) 그외 첨가제, 계면 활성제 등을 더 포함할 수 있음 |
04. PAG, 폴리머의 성질 변화 - Positive 포토 리소그래피 기준
PAG(패그, photo acid generator), 통칭 광산 발생제는 빛을 받으면 H+를 발생시키는 화합물이다.
- 빛에 노출된 제1 영역의 포토레지스트 필름
PAG가 빛을 받아 발생된 H+는,
폴리머에 포함된 산에 민감한 보호기(acid labile group)에 부착되어,
산에 민감한 보호기를 탈보호(deprotection) 시킨다.
탈보호된 폴리머는, 기존의 폴리머와 화학적 성질이 달라져, 이후 현상액에 의해 용해되어 사라지게 된다.
- 빛에 노출되지 않은 제2 영역의 포토레지스트 필름
PAG가 빛을 받지 않았으므로, H+가 발생하지 않는다. 제1 영역에서 발생된 H+는 quencher에 의해 잡아 먹히므로,
제2 영역으로 침투하지 못한다. 따라서, 폴리머의 산에 민감한 보호기가 탈보호되지 못한다.
상기와 같은 과정을 화학 증폭형 포토 레지스트, 일명 CAR (chemical amplified resist) 라고 부른다.
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