자료코드: R58202001 / 2016년 10월 28일 발행 / A4 47p
【조사개요】
조사취지: 모어 무어(More Moore)와 모어 댄 무어(More than Moore)가 업계의 큰 화제가 되고 있다. 지금까지 LSI 업계는 무어의 법칙에 따른 미세화를 통해 집적도를 향상시키고 고속동작, 저소비 전력을 달성해 왔다. 앞으로 어디까지 무어의 법칙이 계속될 것인지 업계 식자의 의견은 가지각색이다. LSI 미세화는 이제 종막을 맞이하고 있다는 의견이 들리지만, 현재는 Node14nm의 Fin FET가 생산되고 있고 Node10nm 생산도 이미 준비가 갖추어지고 있다. 또한 Node7nm의 연구개발이 더욱 진행되고 있어 Node5nm가 가능하다는 견해도 있다. 하지만 이러한 미세한 패턴을 얻는 것은 간단한 기술이 아니며, 연구개발에서는 실현되어도 양산 시 적절한 코스트를 실현할 수 있는가에 대해 의심하는 목소리도 있다. 이러한 현재 기술을 객관적으로 바라보고 장래를 생각해 본다.
이 리포트는 소니 주식회사에서 파워트랜지스터, CCD 이미지 센서 등의 개발을 담당하며 소니 나가사키 공장 대표이사 겸 공장장을 거쳐 현재 SUCCESS INTERNATIONAL 이사이고, 아츠기일렉트로닉스 대표로서 반도체 컨설팅을 하고 있으며 반도체 관련 저서도 다수 가지고 있는 가토 도시오씨가 작성한 것이다.
조사방법: 연구원의 직 면담·전화·메일·웹·문헌조사 병용.
조사기간: 2016연 6월~8월
【리서치 내용】
■게재 내용
1. 포토리소그래피의 기본
1.1 LSI 미세화의 필요성
(제1도) LSI 미세화와 디바이스 구조의 변천
1.2 포토리소그래피의 간단한 역사
(제2도) 왁스 분사로 패너팅
이어서 포토레지스트를 사용할 수 있게 되어 우측 그림과 같이 매우
간단한 노광기로 패터닝을 실시했습니다.
(제3도) 프로키시미티 노광의 원리도
1.3 포토리소그래피의 개략 프로세스
(제4도) 포토레지스트 공정의 흐름
(제5도) 포토 프로세스의 개략
1.3.1 포토레지스트 도포
(제6도) 포토레지스트 도포
1.3.2 노광
(제7도) 노광장치 스텝퍼의 광학계와 스텝 노광의 모습
1.3.3 현상
(제8도) 포지티브형 포토레지스트에서는 노광에 의해 고분자의 중합이 끊어져서
현상액에 대한 가용성을 띄게 됩니다.
2. 패턴 미세화의 목표
(제1표) 노광장치의 변천(미국 Nikon Research의 데이터를 참고로 필자가 편집)
3. 리소그래피의 주요 용도
3.1 에칭 마스크
(제9도) 하드 마스크를 이용한 에칭
3.2 이온주입 마스크
(제10도) 포토레지스트를 마스크로 하고 이온을 박습니다
3.3 MEMS등 웨이퍼 상하 맞댐과 구조체
(제11도) 상하 위치 맞춤을 실시한 후 노광용 램프를 이동하여 노광을 실시합니다.
(제12도) 포토레지스트를 구조체로서 이용한다
4. 해상도 향상 기술
(제13도) 레일리경
4.1 마스크에 가공을 실시하는 PSM(Phase Shift Mask, 위상차 마스크)
(제14도) 위상 시프트 마스크에 의한 해상도 향상
4.2 설계와 동일한 패턴을 얻기 위한 OPC 기술
(Optical Proximity Correction, 광학적 근접 보정)
(제15도) OPC의 예
4.3 해상도를 향상시켜 쇼트 면적을 크게 하는 Scanner
(제16도) 스텝퍼와 스캐너의 비교
4.4 미세화에는 광원의 단파장이 필요
(제17도) 광원의 개발 상황
4.5 초점심도 문제를 해결한 CMP(Chemical Mechanical Polish)
(제18도) CMP에 의한 평탄화로 전면 포커스가 가능해 진다
4.6 Annular Illuminationr과 SMO(Source Mask Optimization)
(제19도) 조명계 2차원 광원면의 통로 패턴
4.7 액침스텝퍼
(제20도) 액침노광기의 구성
4.8 Double Patterning
4.8.1 LELE 타입의 DP
(제21도) LELE식 더블 패턴
(제22도) LELE의 원리도와 2번째 노광이 어긋났을 경우.
4.8.2 SADP의 DP
(제23도) MOS 트랜지스터 제작에 이용되고 있는 사이드 월
(제24도) SADP 방식의 더블 패터닝
4.8.3 Quad 타입 다중 패턴
(제25도) Quad Patterning으로 80nm의 L&S를 20 nm의 L&S로 할 수 있다
4.8.4 기초 패턴과의 맞댐
(제26도) 위치 맞춤이 중요
(제27도) 패턴 시프트의 예. 웨이퍼 공정에서의 열처리 영향과
각종 막으로부터의 응력으로 패턴이 이동한 것이라고 보입니다.
5. 포토레지스트의 진화
(제28도) 어느 포토레지스트메이커의 개발계획 일례
5.1 포토레지스트 감광성
5.2 내에칭성을 향상시키는 하드 마스크
(제29도) 난에칭 층의 에칭에는 하드 마스크 및
스핀 온 카본을 마스크로서 이용한다
(제30도) 나노 코팅에 의한 에칭내성의 향상
5.3 LELE를 개량하여 LLE로
(제31도) LLE에 의한 더블 패터닝
5.4 3D-NAND 플래시의 드문 포토레지스트 사용법
(제32도) 3 D-NAND 플래시메모리 패터닝
5.5 화학증폭형 포토레지스트
(제33도) 화학증폭형 레지스트의 반응 메커니즘
(제34도) 화학증폭형 포토레지스트의 원리. H+ 존재로 반응하고,
이 때 H+가 발생하여 다음 반응이 일어난다.(도쿄오카 자료)
5.6 레지스트 패턴 붕괴가 중대 문제
(제35도) 레지스트 패턴 붕괴
(제36도) 다층 레지스트(또는 다른 마스크재)에 의한 레지스트 패턴 붕괴 대책
5.7 LER(Line Edge Roughness)의 개선
(제37도) LER의 원인은? 레지스트 분자 크기가 LER의 하나의 원인
5.8 미세패턴은 어디까지 가능할까?
(제38도) 미세패턴의 포토레지스트 사진 ArF용 포토레지스트의 특성 일례.
LWR=3.36 nm, 노광 초점이±120nm 어긋나도 해상한다.(도쿄오카공업 제공)
(제39도) 도쿄오카공업의 SAFIER 프로세스에 의한 패턴 축소
5.9 포토레지스트의 박리
(제40도) 포토레지스트 박리；미세가공
5.10 후막포토레지스트
(제41도) 후막포토레지스트를 회전도포하면 패턴 불량이 발생하기 쉽다
(제42도) 후막포토레지스트를 이용한 동의 전해도금
5.11 반사방지막
(제43도) 반사에 의한 고스트빛과 반사방지막의 효과
6. EUV의 실용화
6.1 EUV의 전체 상황
(제44도) EUV 노광기. 사람의\ 크기와 비교해 주세요.
(제45도) SEMICON West 2015에서 ASML가 발표한 자료.
6.2 한층 출력 향상이 기대되는 EUV 광원
(제46도) 원자가전자가 아닌 원자핵에 강하게 속박되어 있는 전자를
떼어 내려면 큰 에너지가 필요합니다.
(제47도) EUV 광원의 구조와 발광 원리
6.3 EUV용 장치의 광학계
(제48도) EUV 노광기의 광학계
10매 이상의 미러를 사용하고 있지만 그림에서는 생략했습니다.
(제49도) EUV는 Mo/Si의 적층에서 반사합니다. 다만 반사율은 70%로 낮다.
6.4 마스크에도 문제가 많다
(제50도) 마스크의 패턴 금속은 유한의 높이를 가지고 있어
여것에 의한 Vignetting(케라레)으로 패턴 치수가 영향을 받습니다.
(제51도) 마스크에 이물이 들어가 있는 경우의 두 사례
6.5 EUV용 포토레지스트
(제52도) EVU 포토레지스트에 의한 패턴의 일례, (노광기는 ASML 사제 NXE3100,
노광량은 71~76mJ/㎠입니다) 사진은 도쿄오카공업㈜의 호의로 제공을 받은 것이다.
7. 정리
7.1 ITRS 데이터에서
(제2표) ITRS2015에서 패턴 미세화의 장래를 정리했습니다
7.2 패턴의 충실도
7.3 코스트 비교
(제53도) ArF 스텝퍼에 의한 SADP, LELE와 EUV의 비교
【하권 「리소그래피의 현상과 장래(하권)」의 주요 내용(예정)】
1. 마스크 제작기술과 멀티전자빔
2. 나노프린트
3. DSA(Directed Self Assembly)
4. 리소그래피 기술과 LSI 기술의 장래
5. 정리
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