[논문]Etch의 기술 개발 및 Etch와 Lithography 기술 시장 동향

이종근

Etch의 기술 개발 및 Etch와 Lithography 기술 시장 동향 원문보기

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문제 정의

본 동향보고서에는 장비 구조 및 종류, 막질의 종류에 따른 etch와 lithography 기술과 개발 및 시장 동향에 대하여 정리해 보았다. 국내외 현황에 따른 기술발전 및 전망을 살펴보자.
이 때문에 전체 소자 제조 공정에서 photolithography 와 etch 공정의 단계가 급격히 증가되었고, 특히 etch 공정의 경우 <그림 2>와 같이 전체 장비 투자비용에서 photolithography 다음으로 큰 비중을 차지하고 있으며 앞으로 그 중요성이 더욱 높아질 것으로 예상되고 있다^[7]. 본 논문에서는 etching 장비의 기술 개발과 etch 및 미세 pattern lithography의 시장 동향에 대해 서술하고자 한다.
본 동향보고서에는 장비 구조 및 종류, 막질의 종류에 따른 etch와 lithography 기술과 개발 및 시장 동향에 대하여 정리해 보았다. 국내외 현황에 따른 기술발전 및 전망을 살펴보자.

제안 방법

소자 선폭의 감소 및 EUV 공정 적용으로 dry etch의 중요도가 더욱 커지고 있어, 높은 공정 능력과 공정 균일도 및 throughput 향상을 위한 관점에서 다양한 연구가 진행되고 있다. Etch 장비의 경우 G450C 중심의 450mm 대구경화 장비 공동 개발 및 SEMATECH, IMEC 중심의 EUV lithography 장비를 공동으로 개발하려 한다. 그리고 다기능화, 소형화, 고성능화, 저전력화 등을 위해 TSV 공정기술이 활발히 연구 진행 중이다.
CCP 장비는 주로 silicon oxide 계열의 박막 etch에 사용되고 있으며, etch profile과 etch stop 및 inverse RIE Lag 간의 trade-off 현상 개선으로 공정 가능 영역의 확장을 위해 장비는 상대적으로 고밀도 plasma를 저압에서 형성할 수 있는 방향으로 개발이 진행되고 있다. <그림 8>과 같이 초기의 저밀도 CCP 형태에서 magnetic field에 의해 ion의 neutral에 대한 충돌을 증가 시켜 plasma의 밀도를 증가시키는 MERIE(Magnetic Enhanced Reactive Ion etcher) 형태가 개발 되었고, 이후 기존 CCP의 문제인 plasma 밀도와 ion energy 분포를 독립적으로 조절할 수 없다는 점을 보완하기 위해 전극의 상부와 하부에 각각 상이한 두 개의 RF. power를 인가하는 형태의 DFCCP(Dual Frequency-CCP)가 도입되었다.

대상 데이터

반도체 expose 장비는 단계적으로 memory와 MPU의 회로 선폭이 점점 축소됨에 따라 단파장 영역에서 436nm의 gline과 365nm의 i-line 성분을 사용했다. 또한 더 미세한 pattern을 형성하기 위해 248nm의 KrF LASER 및 193nm의 ArF LASER를 이용하였다.
파장이 짧으면 미세한 pattern을 형성하는데 유리하다. 반도체 expose 장비는 단계적으로 memory와 MPU의 회로 선폭이 점점 축소됨에 따라 단파장 영역에서 436nm의 gline과 365nm의 i-line 성분을 사용했다. 또한 더 미세한 pattern을 형성하기 위해 248nm의 KrF LASER 및 193nm의 ArF LASER를 이용하였다.

성능/효과

장비 투자는 대만 TSMC 등 foundry 업체 들이 이끌 것으로 보이며 2013년 foundry 업체들의 투자액은 2012년에 비해 21% 늘어날 전망이다. 2012년 35% 감축했던 memory 분야의 투자액은 약 1% 정도 성장할 것으로 예측했다. MCU 분야는 5% 성장할 전망이다.
한편 세계반도체무역통계기구(WSTS)는 올해 전 세계 반도체 chip 시장 규모가 작년에 비해 2977억 6600만 달러에 이를 것으로 전망했다. LED 등과 같은 광전자 부문과 sensor, analog, logic memory 제품군은 모두 시장 규모가 확대될 수 있을 것으로 전망했다. 또한 smart phone, tablets, 자동차에 탑재된 반도체 판매량이 안정적으로 성장하면 시장이 호전될 것으로 보인다고 예측하였다^[16].

후속연구

둘째 logic 반도체는 고성능, 저전력 logic 반도체 구현을 위한 새로운 구조 및 재료를 사용한 소자 미세공정 설계를 위한 process design 개발 등이 중요해 질 것으로 전망할 수 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

Conductor etch 분야를 분류하자면 어떻게 분류할 수 있는가?

Conductor etch 분야로는 transistor 간 전기적인 격리를 위한 STI(Shallow Trench Isolation) etch, gate etch와 back-end 모듈의 금속라인 형성을 위한 metal etch 등으로 분류할 수 있다.

Etching 장비를 역할에 따라 몇 가지 세부 모듈로 구분한다면 어떻게 구분되는가?

Etching 장비는 그 역할에 따라 <그림 3>과 같이 몇 가지 세부 module로 구분할 수 있다[8]. wafer를 chamber로 이송하는 buffer chamber를 포함하는 transfer module, wafer를 plasma로 가공하기 위한 vacuum chamber를 포함하는 process module, 주입된 gas에 power를 인가하여 plasma를 발생시키기 위한 R.F. power module, 그리고 그림에는 없지만 chamber 내로 공정 gas를 주입하는 gas module과 반응된 gas를 배기 위한 pumping module, 그리고 상기의 module들을 전기적, 기계적인 방법들로 상호간 유기적으로 조절하기 위한 control module 등이 있다.

ashing 공정에 있어 가장 중요한 점은 무엇인가?

일반적인 Si, Silicon oxide, Silicon nitride 계열 등의 ashing 공정은 박막을 etch 한 후 mask로 사용되고 남은 photoresist를 포함하는 Carbon 계열의 hard mask를 제거하기 위한 공정으로 일반적으로 Oxygen 기반의 plasma 하에서 반응 시킨다. 상기 ashing 공정에 있어 가장 중요한 점은 etch 후 plasma에 의해 경화되거나 etch 시 mask의 측벽에 증착된 byproduct과의 결합된 화합물을 높은 throughput으로 완벽하게 제거하는데 있다. 이를 위해 ashing 시 200°C 수준의 고온 공정과 고밀도의 plasma가 일반 적으로 적용된다.

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