[Update] NAVER-KPS physics dictionary | 전자빔 리소그래피 – Pickpeup

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반도체 공정에서 미세한 패턴을 그릴 때 전자의 짧은 파장을 이용하는 식각기술이다.

반도체 공정에서 점점 복잡한 소자 패턴과 sub-micro의 패턴을 요구함에 따라 기존 포토리소그래피의 해상도를 뛰어 넘는 여러 기술들이 개발되었는데 그 중 하나가 전자의 작은 파장을 이용한 높은 해상도를 이용한 방식이 전자빔리소그래피이다. 기본적으로 작은 패턴을 그리기 위해서는 파장이 작은 빛을 사용하면 되는데 상업적으로 쓰이는 193 nm나 최근 상용화되고 있는 EUV 13.5 nm 보다 전자의 경우 nm 보다 작은 파장( nm)을 가져 빛보다 휠씬 우수한 해상도를 가져 나노 사이즈의 패턴도 수월하게 만들 수 있다. 일반적으로 가속전압은 5 ~ 50 kEV 정도를 가진다.

전자빔리소그래피 과정은 다음 그림1과 같다. 일반적인 리소그래피와 마찬가지로 레지스트를 기판에 코팅을 하고 원하는 모양을 전자빔으로 레지스트에 그리게 된다. 이때 레지스트 특성에 따라 전자를 맞은 레지스트 체인이 분해되거나 결합되게 되고 이러한 부분을 현상(develop) 과정을 거치면 원하는 패턴이 남게 되는 것이다.

그림 1. 전자빔리소그래피 과정

전자빔리소그래피는 시료를 패터닝하는 공정인 리소그래피의 한 종류로, 장비 자체의 원리와 구조는 주사전자현미경(Second Electron Microscopy, SEM)과 매우 흡사하다 (그림 2). 시료 표면에 resist를 도포하고 그 것을 구성하는 고분자를 변형시켜 패턴을 형성한다는 개념은 다른 리소그래피와 동일하지만, 1 마이크로미터 이하의 전자빔을 조사하여 고분자를 변형시킨다는 것이 특징이다. 장비는 금속(W, LaB6 등)에서 전자를 생성하는 전자건 부분과 생성된 전자 빔의 사이즈 및 위치를 조정할 수 있는 여러 렌즈/편향판(deflector)과 조리개(aperture)로 구성되어 있으며 이를 통해 사이즈와 위치가 조정된 전자빔이 최종적으로 레지스트가 코팅된 기판에 닿게 된다. 이렇게 포토리소그래피 대비 복잡한 진공 장비가 전자빔리소그래피가 좀 더 많은 분야로 상용화되는데 약점으로 남아있다. 또한 전자빔을 이용해 패턴을 연필로 그리듯 일일이 scan해야 하기 때문에 포토리소그래피보다 많은 시간이 소요된다. 응용분야로는 연구소 단위의 나노사이즈의 소자 연구나 반도체 공정의 일부 공정에서 사용되고 있으며 가장 큰 상업적 활용은 포토마스크 제작공정에 있다고 하겠다.

그림 2. 전자빔리소그래피 장비 구조

모든 리소그래피 공정이 그렇듯 전자빔리소그래피 또한 레지스트라는 유기물에 원하는 이미지로 전자빔을 조사하여서 패턴을 형성하게 된다. 최상의 미세패턴을 위해서 전자와 레지스트 layer의 상호작용에 대해 이해하여야 한다. 예를 들어 전자빔의 에너지 효과, 레지스트의 종류/두께, 기판 종류 등이 있다. 전자빔의 경우 빔 특성만으로는 극한의 해상도를 가져올 수 있으나 전자 산란 효과로 인해 해상도가 떨어지기 때문에 이러한 현상에 대해 이해하고 줄일 수 있는 여러 기술적 방법을 적용해야한다. 전자의 산란은 입사된 전자가 기판을 부딪칠 때 90도 이하의 작은 각도로 산락되는 forward scattering과 180도까지의 큰 각도로 산락되는 back scattering으로 나눌 수 있으며 이러한 크게 산란된 전자빔은 레지스트에 추가로 영향을 주어 해상도를 낮추는 영향을 주게 되는데 흔히 proximity effect의 주요 인자라 할 수 있다. 이러한 산란은 전자의 에너지, 레지스트 종류, 기판, 패턴 모양에 영향을 받으므로 정확한 패턴 생성을 위해서는 세심한 주의가 필요하겠다.

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전자빔리소그래피기술의 장점으로는 ① 자동화 및 정확한 조절 가능, ② 레이저 측정분해능에 가까운 정밀도, ③ 마스크를 사용하지 않고 시료에 직접 리소그래피 가능 등이 있다. 이 기법의 단점으로는, ① 미세패턴의 형상이 이차전자생성, resist 특성에 의해서 좌우되며, 분해능은 전자빔 크기나 전류밀도분포 만으로는 정해지지 않음, ② 리소그래피가 가능한 패턴이 미세화함에 따라 throughput이 저하함 ③ 전자광학계를 구성하는 축대칭 자계렌즈의 특성이 구면수차와 색수차에 의해서 제약됨 등이 있다.
컴퓨터로 디자인한 패턴을 그대로 resist가 도포된 시료 표면에 조사할 수 있기 때문에 다른 나노공정을 위한 마스크를 제작하는 데에 주로 사용된다.

전자빔리소그래피에 사용되는 resist는 포토리소그래피에서 사용되는 photoresist와 마찬가지로 2가지로 분류된다. Positive Electron beam Resist(PER)는 Electron beam을 주사한 부분의 결합이 약해지고, 그와 반대로 Negative Electron beam Resist(NER)를 사용하면 주사한 부분의 결합이 단단하게 연결된다 (그림 3). 따라서 PER을 사용하면 develop 과정 후에 전자빔이 조사된 부분이 사라지고 (양각), NER을 사용하면 develop(현상) 과정 후에 반대로 전자빔이 조사되지 않은 부분이 사라져 패턴이 형성된다 (음각) (그림 4). PER은 0.1 마이크로미터 수준까지 공정이 가능하고, NER의 경우는 1 마이크로미터 정도까지만 공정이 가능하다. 일반적으로, PER로는 poly-methyl methacrylate (PMMA)와 poly-butene-1 sulfone (PBS)가 사용되고, NER로는 poly-glycidyl methacrylate-co-ethly-acrylate(COP)가 사용된다 (그림 5).

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그림 3. 양각 레지스트(PER)과 음각 레지스트(NER)를 사용했을 때의 전자빔리소그래피 결과

그림 4. 양각과 음각

그림 5. E-beam 양각 레지스트인 PMMA 구조( 출처

전자빔리소그래피의 해상도(resolution)와 속도(또는 throughput)를 결정하는 중요한 요인 중 하나는 사용하는 전자빔의 에너지 레벨이며, 일반적으로 사용되는 전자빔의 에너지는 1∼200 keV 정도이다. 산란 효과도 해상도를 결정하는 데에 중요한 요인으로 작용한다. 예를 들어, 1 keV 보다 낮은 에너지의 전자빔을 사용하면 침투하는 깊이가 얕아지면서 기판으로부터의 산란량(back scattering)이 작아지므로, 얇은 감광막을 사용할 수 있어 쓰기 속도가 빨라지는 효과를 얻을 수 있다. 하지만 전자빔 자체의 산란(forward scattering)은 커지므로 해상도가 떨어지는 단점이 생긴다. 반대로 높은 에너지 레벨의 전자빔을 사용할수록 구현할 수 있는 해상도는 커지지만 쓰는 속도가 느려지게 된다. 따라서 대부분 50∼100 keV 정도의 에너지를 갖는 전자빔을 사용하며, 이는 10 nm 정도의 해상도를 구현해낼 수 있다. 최근에는 생산 속도 문제를 해결하기 위해, 전자빔 발생 및 제어 장치 여러 개를 묶어서 병렬 쓰기 방식(parallel process)으로 사용하려는 연구도 진행 중이다.

전자빔 리소그래피 기술 관련 연구는 Bell Laboratories, ASML, Applied Materials, 미국의 IBM, 일본의 Nikon, 일본의 LEEPL 등에서 활발히 연구되고 있다.


반도체제조공정 1강 wafer process / oxidation / lithography


초등학생도 배우는 반도체제조공정!
반도체제조공정(PI)에 대해 알아봅니다.
반도체제조공정 1강 입니다.
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까지 강의 내용입니다.
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[면사뽀 170618] 삼성전자 연구개발직 지원자의 모의면접


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아이템 : 삼성전자 연구개발직 지원자의 모의면접

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출연자 : 국민대 김세준 교수, 코리아취업아카데미 김정우 컨설턴트,
러닝노리터 최지현 컨설턴트

[면사뽀 170618] 삼성전자 연구개발직 지원자의 모의면접

반도체 8대 공정, 10분만에 이해하기


우리 일상생활에 전자기기나 전자제품이 늘어나면서 반도체가 점점 더 중요해지고 있습니다.
투자자들도 반도체 산업에 대한 관심이 높아졌죠.
그래서 준비했습니다, 반도체 8대공정.
반도체칩이 만들어지기까지 다양한 공정 과정이 있고 반도체 관련 기업들도 굉장히 많습니다. 반도체 공정에 대해서 간략하게만 알더라도 반도체 기업을 구별해볼 수 있습니다.
0:06 인트로
0:37 시작
2:07 반도체란
4:03 반도체 8대공정
11:06 반도체 공정에 따른 기업 분류
반도체 반도체공정 삼성반도체
by 경제유캐스트
팟빵: http://www.podbbang.com/ch/12414​​​​
오디오클립: https://audioclip.naver.com/channels/444​
네이버 포스트: http://naver.me/FbG0vCan​​

반도체 8대 공정, 10분만에 이해하기

Electron beam lithography


Electron beam lithography at Institute of Scientific Instruments of the CAS, v.v.i.

Electron beam lithography

From Sand to Silicon: the Making of a Chip | Intel


This is how a microprocessor, the brain ‘behind the magic’ of your PC, is made. For more about process Intel employs in building the chips that power many of the world’s computers, visit http://bit.ly/ofsand.Subscribe now to Intel on YouTube: http://bit.ly/1BZDtpf
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From Sand to Silicon: the Making of a Chip | Intel
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