photolithography -...
TRANSCRIPT
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Exposure
Develop
PR Coating
PR
Thin Film Glass Substrate
PR
Thin Film
PR
Thin Film
u.v.
Align & Exposure
Develop
Hard-Bake
Inspection
Soft-Bake
Spin Coating
Pre-Bake
MASK
Cr Pattern
Photolithography
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i-line(365 nm) g-Line(435nm) h-Line(405nm)
Stepper 노광기 Photo (1) Photo (1)
Step & Repeat
단점: 2
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Step & Repeat Exposure
A B
B
B
C
C
C
D D D
E E E
F I
H G
D
A
E
B C
F
G H
I A
6” Reticle (MASK)
12.1” TFT-Array Panel
A
A A A
A A A
Step & Repeat
Stitch Line
Formation of large pattern using a step & repeat exposure method
Stepper 노광기
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Stepper 노광기
◆ Stepper 노광기의 주요 특성
-. 주로 Lens 광학계로 구성되며, 기술적으로 대형 Lens의 제작이 어려워 최대 노광 영역이 제한 되므로
분할 노광 방식 (Step & Repeat)으로 대면적을 노광한다.
-. 분할 노광 방식의 특성상 Stage의 정밀도가 우수해야 한다.
-. Stepper의 Stage는 Laser 간섭계를 부착하여 Stage이동에 대한 좌표를 0.12㎛정도까지 관리하고 있으며,
0.05㎛의 재현성을 갖고 있다.
-. G,H라인
-
Mirror Aligner (scanner) Photo (2) Photo (2)
장점 : 생산성 단점 : High Cost of Mask
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Aligner 노광기 (Mirror계, Canon)
-. Mirror계는 Canon사에서 개발
-. 주로 Mirror 광학계로 구성되며, Mirror의 대형화가 가능하여 일괄 노광이 가능한 구조이다.
하지만 Uniform한 광원을 대형으로 만들기 어렵기 때문에 Slit Beam을 통해 Mask와 Stage를 함께 Scanning
하는 방법을 적용하고 있다.
-. Scan방식은 Stage의 선형적인 이동과 속도의 정밀도가 요구되며, 1㎛ 이내로써 Stepper에 비해 좋지 않다.
-. I,G,H 복합파장
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MPA Aligner 구성도
Photo 대형 장비 (Canon MPA Aligner 구성도] Photo 대형 장비 (Canon MPA Aligner 구성도]
Critical points in Photo tool
• uv intensity uniformity
• Constant Temp. control glass expansion, mis-alignment
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- MPA( Mirror projection mask aligner)장비는 투영광학계를 채용하여,
등배(1:1)의
Mask Pattern을 Plate에 전사(轉寫)하는 장비임.
→ 반도체는 축소 투영 , LCD의 경우 등배 또는 확대 투영
- Mirror 투영광학계의 특징인 원호상의 노광빔에 대하여 Mask와 Plate를 동기
Scan하여 한번의
노광으로 넓은 영역에 대하여 노광이 가능하다. - 개별 Scan
(MPA5000이후는 Mask와 Plate를 별개의 구동원으로 하여 동기 Scan을 한다.)
- Mask stage와 Plate stage의 절대위치를 제어하는 것에 의하여 고정도의
복잡한 Distortion의
보정을 실현하고 있다.
- 대형 Glass 하에서 대형 Panel을 구현하기 위해 Stitch 노광 Mode도 개발되어
있음
1. MPA 노광 장비의 주요 특징
Photo 대형 장비 (MPA Aligner 구성도] Photo 대형 장비 (MPA Aligner 구성도]
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Proximity Gap
MASK (Reticle)
Glass Substrate
Stage (Fixed)
Mirror
u.v.
Proximity Exposure System
Parallel-light
Proximity exposure system : CF 노광등 저해상도 패턴노광에 적용
Photo (3) Photo (3)
Proximity distance
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Patterning Process
after Mask Align & Exposure,
Develop Hard Bake PR Inspection (ADI)
o.k. Etch to make Patterns
PR Coating
Align & Exposure
Develop
Hard-Bake
Inspection
Soft-Bake
Spin Coating
Pre-Bake
ADI 검사
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Chemical 용액을 이용하여 Glass나 Wafer상에 형성된 Photoresist Pattern에 맞
게 하부막을 Etching하여 원하는 형상을 전사하는 공정이다. 현재 TFT-LCD의
제조시 Wet Etching이 적용되는 재료는 Aluminum, Chromium, Molybdenum
과 같은 Metal막으로서 주로 Gate 배선 및 Data 배선에 이용되고 있다. 또한
투명 Metal로써 Pixel 전극재료로 사용되는 Indium-Tin-Oxide (ITO) 및 Indium-
Zinc-Oxide( IZO) 막은 적정한 Chemical에 의해 쉽게 Etching이 되며, 특히 양
호한 선택비와 고 Throughput에 따른 생산성 측면에서 Wet Etching Process가
주로 적용됨
- 산화 환원 반응
- 전기 화학 반응
중요 point : etching uniformity,
etching selectivity,
etching profile (slope)
Wet etch Wet etch
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Metal별 Wet Etchant
Film Etchant 성분
Al-Ta H2PO3 + CH3COOH + HNO3 + H2O
Al-Si HF + HNO3 + CH3COOH + H2O
H2PO3 + CH3COOH + HNO3 + H2O
Cr (NH4) Ce(NO3) 6 + HNO3
(NG4)Ce(NO3)6HClO2 + H2O
Mo H2PO3 + CH3COOH + HNO3
α-Ta HF + HNO3(CF4+O2 Dry Etch)
ITO 왕수계,염화제2철염소계,HBr/HI계
IZO 옥살산(C2H2O4 or C2H2O4-2H2O)
SiNx,SiO2 Diluted HF
Wet etch Wet etch
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ETCH
Photo 공정에서 patterning된 PR을 마스크로 하여 실질적인 pattern을 형성하는
공정
- TFT 기판 : Gate Metal, S/D Metal, Pixel 화소전극
- C/F 기판: BM, 공통 전극
목 적
원리
Wet etch Wet etch
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Etch Rate (E/R) [Å/min]
- 단위 시간당 Etching 속도
- 영향 요소 : Etchant 성분, 공정 온도, 적층 구조
EPD (End Point Detection) & O/E
- EPD : Etching 정도 검출된 시점
- O/E : 추가적 etching 처리량
- Etch time = EPD + O/E
CD (Critical Dimension) Skew
- Photo, Etch 선 폭 관리 목적
- CD SKEW = ADI - ACI CD
Detector Detector
PR PR
ACI metal
PR
Metal
Glass
ADI
ACI
ETCH
Wet etch Process Wet etch Process
-
목적
Photo, Etch 공정을 통한 박막 Pattern 형성에 사용되었던 PR을 제거하는 공정
선행 공정 진행 과정에서 발생한 변성물질 및 오염물질 까지 동시에 제거
Penetration
Swelling Dissolution
STRIP
Wet etch Process : PR Strip Wet etch Process : PR Strip
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e- + gas ion + neutral radical + e-
+ photon (h)
ignition
Gas chemistry surface reaction
deposition etching
Plasma
Dry Etch
- Plasma Etch - Reactive Ion Etch
Dry Etch
- Plasma Etch - Reactive Ion Etch
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Plasma 방전으로 Gas 를 Ion, Radical, Electron으로 분해
이때 형성된 Radical이 화학반응을 일으켜 etching 이 일어난다.
Plasma Etch 에서는 radical을 기판에 수직으로 가속시키는
전압이 없기 때문에 etch profile은 isotropic하게 된다
Reactive ion etching은 생성된 ion이 막표면에 수직으로
가속되며 etching 반응이 일어나기 때문에 etch profile은
anisotropic 하게된다.
Basic Mechanism of dry Etch
-
• Physical (ionic)
ion
• Chemical
radical
acceleration
diffusion
• Ion enhanced
ion radical
- directional - low selectivity (bonding strength) - ion damage
- isotropic - high selectivity
- bond breaking - surface reaction - sputter desorption
Plasma
Mask
Etch target material
+ -
Mask
Etch target material
+
+
+ + -
-
- + -
+ + + + -
Ion electron Neutral
Sheath
Plasma Etching
Basic Mechanism of Dry Etch Basic Mechanism of Dry Etch
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PE
RIE
-
Blocking Capacitor
Gas
Plasma
Vacuum Pump
RF Source
PE (Plasma Etching) Mode
- Glass에 Damage가 적음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr 등의 Etch - High Presure(200~1000mT) - 등방성 Etch
- Glass에 Damage가 많음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr 등의 Etch - Low Presure(200mT이하) - 이방성 Etch
- Glass에 Damage가 많음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr /Al/ITO - Low Presure(100mT이하) - High Density - 이방성 Etch
RIE (Reative Ion Etching)Mode ICP Mode
Dry Etch : 설비 Mode Dry Etch : 설비 Mode
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Etching Layer Etching Gas
A-Si/N+a-Si SF6+Cl2 (CF4+HCl)
SiO2 SF6+O2,C4F8+H2
SiNx SF6+O2 (CF2+O2),SF6+Cl2
P.R O2,O2+CF4
Mo O2,O2+CF2
α-Ta (CF4+O2,SF6+O2
ITO,IZO HBr.HI,유기 계열 gas
Cr Cl2+O2
Al Alloy BCl3+Cl2
Film별 Etching Gas
- F 계열:SF6,CF4,CHF3,C2F6,C3F6,C4F8 - Cl 계열:Cl2,HCl,HBr,BCl3
- 기타 gas:O2,Ar,He,H4
Dry Etch Dry Etch
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PE (plasma Etching) [ CCP 형태 ]
substrate가 Ground된 전극에 놓임 높은 압력 영역에서 공정을 진행함에 따라 Mean free path가 짧아(충돌이 많아) 많은 Radical들이 형성됨으로써 등방성 Etching이 된다. Radical 중성 활성종으로 반응성은 높으나 전하량을 띠지 않기 때문에 확산에 의해 기판으로 이동하여 Etching이 되므로 이방성이 아닌 등방성 Etching이 된다 Isotropic Etching, High Pressure에서 사용, 기판에 주는 Ion damage가 적다
anode
glass
Dry Etch 장치 Dry Etch 장치
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RIE (Reactive Ion Etching )
RIE = plasma Etching + Ion Bombardment - Substrate가 RF가 인가되는 곳에 놓인다. - Cathode(전원을 공급 받은 곳)의 면적이 anode의 면적 보다 적다. cathode에 음 전위, anode 양 전위이면, plasma 의 전자는 anode로 몰리게 되고 anode쪽에 몰린 전자들은 면적이 크므로 모두 흡수 되나 cathode에 몰린 전자들은 모두 흡수 되지 못함. 즉, cathode에 전자들이 몰려드는 것과 같은 현상을 띰. (Self-bais) Self-bias에 의하여 Ion들이 하부 기판으로 가속되어 이방성 Etch를 강화함 (cathode와 anode를 동일 면적을 사용하게 되면 self-bias가 형성되지 않아 이방성 Etching이 되지 않음.)
cathode
anode
Dry Etch 장치 Dry Etch 장치
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