[식각 공정] 식각공정의 용어와 Defect

Etching Progress

Photolithography 공정을 통해 만들어진 PR Pattern을 바탕으로 PR이 없는 하부 기판(주로 산화막)을 선택적으로 깎아내는 공정.

Photo와 Etching을 반복해 Pattern을 적층. Cleaning 및 Ashing 공정 용이나 Metallization 공정을 위해 식각하기도 함 (Dielectric).

진행 전 Scum을 제거하기 위해 Ashing(Descum) 진행(O2이용)

 

1.   Etching 용어

-Etch Bias: Photo 공정을 통해 형성된 Pattern(Wb)과 Etching 공정을 통해 형성된 Pattern(Wa)의 차이=선폭(CD Size) 변화량. Etch Bias=Wb-Wa, Mask의 패턴과 Wafer위의 패턴을 비교해 잃어버린 CD를 측정하는 요소

 

-Etch Rate(ER): Target이 되는 부분이 Etching 되는 속도를 의미. 단위: A/min. 높을수록 시간이 단축

Etch Rate와 Depth를 고려한 End Of Point(EOP) 설정이 중요.

상황에 따라 Over 또는 Under Etch가 될 수 있는데, 이어질 공정을 생각했을 때 Under보단 Over가 유리. (Ion Implantation에 영향)

Wafer 111이 100보다 느리게 식각(Dangling Bond 때문), Dense한 산화막이 느리게 식각 -> 최적화 필요 (SiO2 > Si3N4 > Si)

 

-End Point Detection(EPD): target이 제대로 Etching 되었는지 확인하는 방법. End Point를 잘 설정해야 함.

 

-Selectivity(S): S=Target / PR (Or Other Materials). 다른 물질 간의 Etch Rate 차이. 클수록 좋음. Wet은 약 100, Dry는 약 25~50.

 

-Etch Uniformity: Etching된 두께의 균일도를 파악. 9Point. (TLCRB: Top, Center, Bottom, Right, Left) – 수율과 직결되기에 제일 중요!

 

-Etch Profile: Etching 이후 측벽의 형태를 의미. 등방성(Isotropic)/등방성(Anisotropic). 미세공정일수록 비등방성을 지향.

Lateral Etch Ratio로 비등방성의 경우 0의값, 등방성의 경우 1의 값을 가짐

 

-Aspect Ratio(AR): 박막 단차의 Width와 Height의 비율. 미세화 됨에 따라 값이 커지고 있으며, 높은 AR을 위한 Etching 및 Deposition 기술 필요. AR=Height / Width

+Aspect Ratio Dependent Etching(ARDE): AR 증가에 따라 Etch Rate이 감소하는 현상. Width가 동일할 때 Height가 클수록 ER이 감소. 다양한 패턴을 동시에 식각하는 반도체 특성상, 수율에 치명적인 영향을 주는 현상. 

 

-Defect

-Undercut: 등방성 성질 때문에 PR에 보호받는 부분이 전체적으로 더 깎이는 현상.

-Footing: 아래쪽만 조금 남음                        

-Northing: 아래쪽만 안으로 조금 더 깎임

-Faceting: 윗부분이 많이 깎임                       

-Bowing: 항아리처럼 둥글게 깎임

-Micro-Masking: 식각 한 자리에 기둥모양으로 남는 부분, 제거해줘야 함. Chemical 방법 주로 이용

-Trenching: 측벽에서 꺾인 이온이 Leakage 문제 발생

Positive Ion이 Charging되면서 이온의 Path가 휘어서 바닥면을 더 파고 들어가는 현상(도랑)

-Tapered: 경사지게 깎임 /역으로 경사지게 깎이는 현상은 Reverse Tapered라고 함.

-Dovetailing: 식각 바닥 중앙 Polymer가 두꺼워서 양쪽 가장자리가 더 많이 깎여서 병의 바닥처럼 깎임

식각공정 과정과 Defect

-Loading Effect: Pattern Size 차이로 Etching 효율이 달라지는 것(Uniformity감소)

1) Micro Loading Effect미세한 패턴에서 반응물이 잘 확산(제거)되지 않아 넓은 부분에 비해 식각이 잘 안되는 것. Chamber내부 기압을 낮추거나, Gas의 유속을 빠르게 하거나, Pulse Plasma를 높여 Ion 직진성을 높임 (Damage 주의)

+RIE - Lag: Micro Loading과 유사함. 차이점은 RIE 공정에서 나타나는 특정한 현상을 설명하기 위함.

전자와 이온의 속도 차이로 패턴에 전하차로 인해 휘어지는 현상

Micro Loading Effect

 

2) Macro Loading Effect: 면적이 넓어서(또는 Wafer가 너무 많아서) Etchant Gas가 부족해 Etch Rate가 낮아지는 것. 넒은 면적을 Etching시 Gas가 불균일하게 주입되어 깊이가 균일하지 않을 수 있음.

Dummy Pattern을 형성하거나 Plasma의 밀도를 높이고, 압력을 높이거나 Bias power를 감소(Etchant 공급)시켜 해결함

+ Pulsed Plasma Etch

Source에 가하는 Power(Plasma 형성)와 Bias Power(이온 가속)를 On/Off하며 Sink Pulse 형성. 90, 70, 50%.

항상 켜져 있는 것을 Continuous Wave(100%). Off되어있을 때 Byproduct가 Pumping Out되어 Loading Effect 개선.

Trench도 Off때 Charging된 전하를 제거해 개선 가능.

Macro Loading Effect