새로운 하드마스크

Nov 22, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12180(2022) 이 기사 인용

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이 편지는 실리콘의 마이크로 메조스케일 구조의 포토리소그래피 기반 제조를 방해하는 주요 장애물을 해결합니다. 기존의 포토리소그래피는 일반적으로 매끄럽고 평평한 웨이퍼 표면에서 수행되어 2D 디자인을 배치한 다음 이를 에칭하여 단일 레벨 피처를 생성합니다. 그러나 평평하지 않은 표면이나 이미 에칭된 웨이퍼를 처리할 수 없으며 구조에서 두 개 이상의 레벨을 생성할 수 없습니다. 본 연구에서는 기판에 이러한 다단계 계층적 3D 구조를 쉽게 생성할 수 있는 새로운 클린룸 기반 프로세스 흐름을 설명했습니다. 이는 여러 라운드의 리소그래피를 통해 먼저 3D 패턴화된 기판에 초박형 희생 이산화규소 하드마스크 층을 도입함으로써 달성됩니다. 이 3D 패턴은 수직으로 200~300배로 크기가 조정되고 단일 샷 딥 에칭 단계를 통해 아래의 기판으로 전송됩니다. 제안된 방법은 또한 쉽게 특성화할 수 있습니다. 다양한 지형과 치수의 특징을 사용하여 에칭 속도와 선택도를 정량화했습니다. 이 특성화 정보는 나중에 특정 대상 구조를 제작하는 동안 사용되었습니다. 또한, 이 연구에서는 새로운 패턴 전사 기술을 그레이 스케일 리소그래피 및 칩 적층과 같은 다단계 구조를 만드는 기존 방법과 포괄적으로 비교합니다. 제안된 프로세스는 다른 방법에 비해 더 저렴하고 빠르며 표준화하기 쉬운 것으로 나타났습니다. 이로 인해 전체 프로세스가 더 안정적이고 반복 가능해졌습니다. 우리는 이것이 여러 마이크로 메조스케일 장치의 극적인 성능 향상의 열쇠를 쥐고 있는 하이브리드 구조에 대한 더 많은 연구를 장려할 수 있기를 바랍니다.

리소그래피 기반 마이크로 나노 처리 기술의 발전은 10 nm 미만 길이 규모에서 최대 밀리미터 규모에 이르는 구조를 비용 효율적으로 대량 생산할 수 있는 능력으로 전 세계 기술에 혁명을 일으켰습니다. 이러한 구조 중 일부에는 FET, IGBT1과 같은 나노미터 규모의 전자 부품, 광 도파관2, 프레넬 렌즈3, 광자 장치4 및 마이크로 나노유체 장치5와 같은 서브미크론 기능이 포함됩니다. 약간 더 큰 마이크로(1~100μm) 및 메조(0.1~1mm) 스케일 기능은 현대 기술에서 훨씬 더 유용하며 미세유체6, 냉각 기술7,8, 배터리 연구9, 흡착-탈착10, 담수화11 및 촉매작용12에서 무수히 많은 응용 분야를 확인했습니다. . 마이크로 나노 제조 기술로서 유비쿼터스하고 다양하며 필수불가결하지만, 기존의 클린룸 기반 리소그래피에는 한 가지 주요 한계가 있습니다. 이러한 유형의 처리는 2.5D 또는 단일 레벨 구조(그림 1a, b)만 효율적으로 생성할 수 있지만 다중 레벨, 하이브리드, 3D 계층 구조(표시된 것처럼 높이 또는 깊이가 두 레벨 이상인 구조)를 안정적으로 생성할 수 없습니다. 그림 1c-e에서) 깊이가 1-5 μm 이상입니다. 기존 LELE(Litho-Etch Litho-Etch) 경로를 통해 2D 디자인/패턴(2D의 기능 디자인에 대한 전체 제어 가능)이 먼저 희생 마스크 레이어[보통 포토레지스트(PR)라고 불리는 감광성 폴리머] 위에 리소그래피 방식으로 배치됩니다. 웨이퍼에. 이제 이 마스크는 디자인의 노출된 부분을 웨이퍼에 에칭하기 위한 보호 장치로 사용됩니다. 한 번의 '리소그래피 + 에칭' 라운드를 통해 전체 디자인을 하나의 특정 깊이까지만 에칭할 수 있으므로 단일 레벨 구조가 생성됩니다. 기존 LELE 클린룸 프로세스에서는 일반적으로 원하는 다중 레벨 구조를 달성하기 위해 여러 차례의 연속 '리소그래피 + 에칭'이 필요합니다(그림 1f–i). 병목 현상은 이미 한 라운드의 '리소그래피 + 에칭'을 거쳐 에칭된 특징(높이 ≥ 5μm)이 있는 웨이퍼의 불만족스러운 두 번째 리소그래피(그림 1i)로 인해 발생합니다. 이는 하이브리드 구조가 기존 장치의 성능을 획기적으로 향상시키는 열쇠를 쥐고 있는 시대에 주요 제조 장애물로 다가옵니다. (하이브리드 구조의 유용성에 대한 자세한 내용은 "영향" 섹션에서 확인할 수 있습니다.)