리소그래피, 나노프린트 - 엑스퍼트 시리즈 도해를 중심으로 리소그래피 기술을 해설(하권)~ / 야노경제연구소

<일본시장조사보고서＞엑스퍼트 시리즈 도해를 중심으로 리소그래피 기술을 해설(하권)~리소그래피의 현상과 장래~

(일본어판)
자료코드 R58309500 / A4 36p / 2017.02.10

​

◆엑스퍼트 시리즈란?
야노경제연구소는 2016년부터 일선에서 물러난 시니어를 「사외 마이스터」로 등록하여 현역시절의 다양한 경험, 지견, 인맥 등을 야노경제연구소의 사업활동을 통하여 사회에 환원하는 새로운 조직을 신설하였습니다.
엑스퍼트 시리즈는 사외 마이스터가 집필한 새로운 관점으로 본 오리지널 리포트입니다. 오랜 세월을 통해 기른 경험·지견에 의한 기술 및 개발, 시장에 대한 날카로운 분석으로 기존의 시장조사자료와는 다른 정보를제공합니다.
본 리포트는 야노경제연구소 사외 마이스터인 가토 도시오(객원 연구원)씨가 정리했습니다.

◆조사개요
(1) 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 있지만, 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 2016년 10월 28일에 발간된 「도해를 중심으로 리소그래피 기술을 해설(상권)~기초로부터 최첨단 기술까지∼」의 (하권)이다.
(2) 조사방법
연구원의 직접면담·전화·메일·웹·문헌조사 병용.
(3) 조사기간
2016년 9월~12월

◆라서치 내용

■게재 내용

1. 마스크의 제작

1.1 마스크 업계의 상황
 　　(제1그림) LSI의 Technology Node와 사용하는 마스크 매수
1.2 마스크의 변천
 　　(제1그림) 큰 원지를 촬영해 마스크를 제작했습니다.
 　　  (웨이퍼：마스크의 투영 비율은, 1：1의 콘택트 노광용입니다.)
 　　(제2그림) 엑시머 레이저 노광기용과 EUV 노광기용 블랭크스의 구조
1.3 마스크 제작 프로세스
　 　(제3그림) 마스크 생산 프로세스
1.4 EB(Electron Beam) 노광기
1.4.1 일필휘지부터 VSB(Variable Shaped Beam)로
　 　(제4그림) VSB의 구조
 　　(제5그림) VSB 노광기의 묘화
 　　(제6그림) 전자빔 조사의 다양한 방식
1.4.2 멀티 빔 노광기(Multi EB Writer)에 대해서
1.4.3 JEOL와 IMS의 공작
 　　(제7그림) IMS사제의 Multi Beam Writer의 APS(Aperture Plate System)
 　　  IMS의 자료를 바탕으로 필자가 작성
 　　(제2그림) IMS사제의 EB장치의 제원
 　　(제8그림) Aperture Plate의 구조
1.4.4 전자빔 묘화의 문제점
 　　(제9그림) 입사한 전자빔의 궤적
 　　　레지스터 분자와의 충돌로 2차 전자가 발생해,
 　　　레지스터를 감광시켜 선폭이 굵어져 버립니다.
1.4.5 Pellicle에 대해서
　　(제10그림) Pellicle막 상의 이물은 포토레지스트 내에 초점을 두지 않는다

2. 전자빔에 의한 웨이퍼 직묘

2.1 멀티 빔 직묘로 선행한 것은 Mapper
　　(제11그림) Mapper사의 Wafer용 Multi EB장치의 Throughput
2.2 웨이퍼 직묘로 셔틀방식 소량생산 비즈니스
　　(제12그림) 스텝퍼와 Multi EB 직묘의 코스트 비교(TSMC사의 데이터를 토대로 필자가 편집)
2.3 EB 직묘의 기타 장점

3. 나노 프린트 Nano Imprint(NIL)

3.1 NIL란?
(제13그림) 나노 프린트의 원리는 도장
3.2 NIL의 프로세스 개략
(제14그림) 나노 프린트의 프로세스 개략
3.3 나노 프린트가 우수한 점
(제15그림) NIL의 패턴 사진 세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 사진
3.4 캐논이 NIL 장치를 개발해 판매를 시작했습니다
3.5 NIL의 성능 향상
3.5.1 수지량의 제어
(제16그림) 적절한 양의 수지로 주변으로의 근처에의 누출을 방지한다
3.5.2 Throughput
(제17그림) 4대의 NIL 장치를 클러스터화한 그림
(세미콘재팬2015에서 캐논이 발표한 데이터에 의함)
(제18그림) Throughput는 머지 않아 80매/시간을 달성할 수 있다.
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터를 토대로 필자가 가공)
3.5.3 오버레이(Overlay)
(제19그림) 마스크 맞춤이 어긋났을 경우
  (제20그림) 오버레이의 개선이 눈에 띄다
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터를 토대로 필자가 가공)
(제21그림) 웨이퍼가 꽤 비뚤어져 있어도 맞출 수 있다
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터)
3.5.4 패턴 결함(Defect)
(제22그림) NIL에서 발생한 결함의 예
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 자료에 의한다)
(제23그림) 결함발생의 주요 원인
(제24그림) 결함 수는 착실하게 감소해 실용화가 가능한 수준으로.
(세미콘웨스트2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터를 토대로 필자가 약간 가공)
(제25그림) 파티클이 웨이퍼당 0.0001는 굉장한 목표
(세미콘웨스트2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터를 토대로 필자가 약간 가공)
3.5.5 해상력
(제26그림) NIL로 작성한 Line & Space 미세패턴의 예
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 사진)
  (제27그림) NIL로 작성한 Hole & Pillar 미세패턴의 예
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 사진)
  (제28그림) NIL 패턴의 LER은 0.1~0.2 nm정도로 매우 양호.
(오래된 파일에 있었던 자료로 출처가 불분명)
3.5.6 몰드형 결함 밀도 개선
3.6 NIL의 기타 장점
(제29그림) 액침스텝퍼, EUV, NIL의 코스트 비교.
다만, Throughput는 기입한 값을 가정하고 있다.
SAQP는 Self Align Quad Patterning.
(세미콘재팬2016 세미나에서 캐논이 발표한 데이터를 바탕으로 필자가 가공)
3.7 NIL 정리

4. DSA(Directed Self Align) 자기조직화

4.1 DSA의 Process에 대해 개론(원리적인 것)
(제30그림) PS와 PMMA가 결합한 Co-polymer의 분자식
(제31그림) Co-polymer가 과열로 정렬하다
(제32그림) Co-polymer 분자와 라인모양 패턴의 형성
4.2 Grapho Epitaxy
(제33그림) Grapho Epitaxy 법에 의한 DSA
(제34그림) 폴리머의 분자량과 조성비에 의해서 형상이 바뀐다
4.3 Chemo Epitaxy
(제35그림) Chemo Epitaxy법에 의한 DSA
4.4 Contact Hole 형성
(제36그림) 미세한 Contact Hole의 형성
(제37그림) 70 nm의 Contact Hole를 35nm도 축소
(도쿄오카공업에서 사진 제공)
4.5 DSA의 현상과 문제점
(제38그림) DSA 패턴의 결함
4.6 DSA에 관한 학회 및 기타 기업 상황
4.7 DSA 정리

5. 여담

(제39그림) 필자가 이전에 생각한 미세패턴을 작성하는 기술

6. 전체 정리

(제40그림) 각종 리소그래피 기술에 따른 코스트 비교