전자빔 리소그래피 시스템
Ultra LSI 시대의 선구자
LSI(대규모 집적 회로)라고 불리는 반도체 회로 구성 요소는 휴대전화, 개인용 컴퓨터, 게임 콘솔, 디지털 카메라, 오디오 장비, TV 등 우리가 매일 사용하는 전자 기기에 내장되어 있습니다. 최신 LSI에는 10억 개가 넘는 트랜지스터가 들어 있습니다. 전자빔 리소그래피 시스템(이하 EB 리소그래피 시스템)은 이러한 반도체 소자의 생산 및 연구개발에 중요한 역할을 하는 장비입니다.
LSI-전자의 마법의 지팡이
1945년 세계 최초의 전자 컴퓨터 "에니악"(Electronic Numerical Integrator and Computer)이 개발되었습니다. 약 18,000개의 진공관이 사용되었고, 모든 진공관을 평평하게 놓으면 크기는 다다미방 100개만큼 컸습니다. 그것은 매우 무거웠고, 무게는 30톤이었습니다. 하지만 오늘날 LSI가 등장하면서 "에니악"보다 1만 배 더 높은 성능을 가진 컴퓨터가 쉽게 휴대할 수 있을 만큼 작아졌습니다. 이 LSI는 "마법의 지팡이"와 같이 카라멜 한 조각만큼 큰 검은 플라스틱 덩어리이며, 지네처럼 많은 다리가 있습니다. 내부에는 2~XNUMXcm 정사각형의 얇은 판이 있습니다. (이것을 칩이라고 합니다. 이것이 바로 마법의 지팡이와 같은 것입니다.) 칩에는 LSI 기능에 따라 설계된 매우 미세한 회로 패턴이 있습니다. 그리고 이 매우 미세한 회로 패턴은 EB 리소그래피 시스템에 의해 그려집니다.
LSI 칩은 어떻게 만들어지나요?
이 목적을 위해 설계된 LSI 패턴은 전자빔으로 레지스트로 코팅된 크롬 필름이 있는 석영 기판(대부분 152mm x 152mm 크기)에 노출되고 레지스트 패턴은 현상 공정에서 형성됩니다. 이 레지스트 패턴을 보호 필름으로 사용하여 에칭을 수행하여 크롬의 차광 필름을 형성합니다. 그 결과 마스터 플레이트를 포토마스크(사진 필름과 동일)라고 합니다. 현재 주류 포토마스크는 LSI 칩의 실제 패턴보다 XNUMX~XNUMX배 더 큰 확대된 포토마스크입니다. 확대된 포토마스크는 일반적으로 레티클이라고 합니다.
레티클 패턴은 스테퍼 또는 스캐너라고 하는 광전송 장치를 사용하여 웨이퍼에 굽습니다. 이는 사진 인쇄에 사용되는 원리와 동일합니다. 레티클은 사진 필름에 해당하고 웨이퍼는 사진 용지에 해당합니다. 레티클과 필름의 주요 차이점은 레티클 패턴의 회로 패턴이 필름의 회로 패턴보다 훨씬 미세하다는 것입니다. DRAM(메모리 소자) 및 MPU(산술 소자)와 같은 최첨단 LSI는 웨이퍼에서 회로 선 폭이 45nm로 좁은 매우 미세한 패턴을 가지고 있습니다.
이 45nm 선폭에 필요한 정확도는 152mm x 152mm 정사각형의 재료에 약 0.2m 선폭(4nm의 50배)의 패턴을 치수 및 위치 오차 약 2~5nm 이내로 형성할 수 있습니다. 패턴 전사 후 웨이퍼를 현상하고, 레지스트를 보호막으로 사용하여 에칭하고, 확산을 위해 처리하고, 금속막을 형성하는 등의 작업을 합니다.
패턴 전사의 에칭 공정은 여러 번 반복되어 목적하는 LSI 칩을 형성합니다. LSI 칩은 레이저 빔으로 개별 칩으로 절단되어 패키지에 내장됩니다. 웨이퍼는 직경 200mm 또는 300mm의 실리콘 단결정입니다. 결국 이 단일 웨이퍼에서 수백 개의 LSI 칩이 생성됩니다.
반면, 휴대전화의 송수신 증폭기에 사용되는 고주파 반도체나 광통신의 광원 레이저를 제어하는 광반도체 등의 화합물 반도체는 회로선폭이 0.1m 이하로 매우 가늘다. 그리고 이 공정만을 위해 레티클을 사용하지 않고 웨이퍼에 직접 패턴을 그리는 EB 리소그래피 시스템도 사용된다.
자유롭게 움직이는 전자빔펜
EB 리소그래피 시스템의 구조
그림은 스팟 빔 시스템의 전형적인 구성을 보여줍니다. 전자 빔은 전자 빔 소스에서 방출되고, 전자 렌즈에 의해 재료에 수렴되어 매우 작은 스팟을 형성합니다. 반면에, 그릴 패턴 데이터는 기기를 제어하는 데 사용되는 컴퓨터와 함께 제공된 하드 디스크에 한 번 저장됩니다. 그런 다음 이 데이터는 고속 데이터 처리 시스템을 통해 하드 디스크에서 블랭킹 제어 시스템 및 빔 편향 제어 시스템으로 전송됩니다. 빔은 블랭킹 회로에서 켜지고 꺼져 패턴을 그리며 편향기 회로의 움직임과 함께 지정된 위치로 편향됩니다. 패턴은 전자 빔과 스테이지의 움직임을 조합하여 설계대로 그려집니다. 스테이지의 움직임을 정확하게 제어하기 위해 레이저 간섭계 시스템이 사용됩니다. 이러한 스팟 빔 시스템은 직접 전자 빔 리소그래피에 의한 차세대 반도체 소자의 연구 및 개발과 고주파 반도체 소자 및 광 반도체 소자의 생산에 사용됩니다. 반면에 가변형 빔 시스템은 레티클 생산에 사용됩니다. 이 시스템은 빔 모양을 스팟에서 직사각형으로 변경하는 개념을 기반으로 하며 고속 리소그래피에서 획기적인 진전을 이루었습니다. 이 방법에서는 리소그래피 패턴을 직사각형으로 나눈 다음 다양한 크기의 직사각형 전자 빔으로 스탬핑처럼 리소그래피합니다. 이 시스템은 레티클 리소그래피의 주요 장비로 생산 현장에서 매일 사용됩니다.
