포토공정 Post-expose baking(PEB)

Expose 후 Develop 전에 baking 처리를 하는데 이를 Post-expose baking(PEB)라고 합니다. 포토공정 과정 중에 있는 3번의 baking 중에 제 경험상 PEB가 가장 민감했는데 그 이유는 PR profile에 영향을 주기 때문입니다.
 

SEM 사진

 

위 사진은 포토공정 후 Profile을 SEM으로 찍은 사진입니다. 왼쪽의 경우 패터닝 된 1um PR 위에 TiN 60nm를 증착한 사진입니다. 벽면이 매우 불규칙한 것을 확인할 수 있는데요, 여러 가지 원인이 있지만 그중 하나가 PR 벽면이 안정하지 않았기 때문입니다.
오른쪽 사진은 PEB 처리를 제대로 하지 않았을 때의 PR Profile입니다. 굉장히 울퉁불퉁한데요, 그 이유는 standing wave 때문입니다.
 

- Standing wave (정상파 효과)

파동이 중첩될 때 보강 간섭, 또는 상쇄 간섭이 일어납니다.
보강 간섭: 두 파동의 위상이 같을 때 진폭이 커지는 간섭
상쇄 간섭: 두 파동의 위상이 반대일 때 진폭이 줄어드는 간섭
 

왼쪽 : 보강 간섭, 오른쪽 : 상쇄 간섭

 
빛 또한 파동의 성질을 가지고 있기 때문에 진행하다가 반사되어 나오면 진행하는 빛과 반사되어 나오는 빛이 간섭현상을 일으킵니다. 그 결과, 파동이 제자리에서 진동하는 것처럼 보이는 현상을 나타내는데 이를 정상파라고 합니다.
 

출처 : resources.pcb.cadence.com

 
위 그림에서 볼 수 있듯이 상쇄 간섭이 일어나는 Node의 경우 다른 지점보다 진폭의 차이가 큰 것을 알 수 있습니다. PR 입장에서 자외선이 웨이퍼에 반사되어 이러한 정상파 현상이 일어나면 Develop 후에 물결무늬처럼 울퉁불퉁한 profile이 형성됩니다. PEB는 정상파 효과로 인해 PR 내부에 고르게 반응되지 못한 PAC(Photo Active Compound)를 PR 전체적으로 고르게 확산시키는 작업입니다.

물론 저희는 Lift-off 방식을 쓰는데 PR두께가 1um이고, 증착하는 박막은 10~50nm 밖에 안돼서 PR profile이 크게 문제가 되지 않을 겁니다. 하지만 정상적인 공정환경이 아니기 때문에 레시피를 최적화하기로 했습니다.
원래 사용하던 PEB 공정 레시피는 100도에서 2분 동안 baking을 했는데 120도로 온도를 올리니 standing wave 현상을 완화할 수 있었습니다.

 

PEB 조건 변경 후 PR profile 사진

 

- ARC(Anti Reflectie Coating)

포토공정 중의 standing wave 현상은 자외선이 웨이퍼에 반사되기 때문에 발생합니다. PEB 외에 standing wave를 최소화하는 방법이 있는데 바로 반사방지막을 코팅하는 겁니다(ARC). 포토공정 전에 CVD 방법으로 SiON 같은 반사방지막을 증착하여 standing wave 현상을 방지할 수 있습니다.