リソグラフィプロセスについてメモ

半導体プロセスの入門書『図解入門 よくわかる半導体プロセスの基本と仕組み[第3版]』の勉強は、やっと半分(第5章:リソグラフィプロセス)が終わったところである。

リソグラフィプロセス

前工程のバックエンド(多層配線形成プロセス)の一部である(フォト)リソグラフィプロセスとは、マスク(レクチル)のパターンをウェーハ上に焼き付けるプロセスであり、日光写真と似た原理である。

縮小投影露光法

代表的なリソグラフィ技術。フィルムカメラにおいて、プリント紙にネガフィルムを引き伸ばして焼き付けるように、感光性の物質を部分的に露光することで、何らかのパターンを生成する。

パターンを微細化するための二大要素は、解像度(分解能)と焦点深度(ピントの合う奥行き)であり、焦点深度が大きければその分だけ、ウェーハ表面に段差があっても、段差の上下で転写パターンに差がなくなる。

解像度と焦点深度(DOF)

解像度(R)

R  = k ・λ / NA (レイリーの式)

・λ:露光波長
・NA(Numerical Apature)
・kファクター:プロセスに依存する因子)

ーー> 解像度の向上は、光源の開発(および、それに感光するレジストの開発)といえる。

一方、焦点深度を向上するには、λを長波長化し、NAを小さくする必要がある。

焦点深度

DOF = k・λ/(NA)^2

解像度と焦点深度を両立しつつ解像度を高めるために開発されているのが、超解像技術であり、これはkファクターを低減する。

リソグラフィプロセスのフロー

  1. 薄膜(被エッチング物)+基板上に、レジスト塗布をしてプレべークする。
  2. マスクを重ねて露光する。
  3. 現像し、ポストベークする。
  4. エッチング
  5. アッシング

ここで、

  • レジスト:印画紙に相当するもの。光が当たったところが像として残るネガ型と、光が当たらなかったところが像として残るポジ型がある。感光のプロセスは、ネジ型とポジ型で全くことなっており、先端プロセスではポジ型を使う。化学増幅レジストも先端プロセスではよくつかわれる。
  • 現像:ネガ型レジストの場合は、光重合しなかった部分を除去する工程(現像液:キシレンや酢酸ブチル)であり、ポジ型レジストの場合は、光が当たった部分を溶解させる工程(現像液:水産化アンモニウム)である。
  • アッシング:現像で残した感光性レジストをマスクとして、エッチングが行われるが、エッチング終了後に、不要になったこのレジストを除去する工程である。アッシング(ashing:灰化)。

 

※リソグラフィプロセスの勉強の一環として光重合、ラジカル反応、レーザの原理なども少し復習した。