Exposure

Develop

PR Coating

PR

Thin Film Glass Substrate

PR

Thin Film

PR

Thin Film

u.v.

Align & Exposure

Develop

Hard-Bake

Inspection

Soft-Bake

Spin Coating

Pre-Bake

MASK

Cr Pattern

Photolithography

i-line(365 nm) g-Line(435nm) h-Line(405nm)

Stepper 노광기 Photo (1) Photo (1)

Step & Repeat

단점: 2

Step & Repeat Exposure

A B

B

B

C

C

C

D D D

E E E

F I

H G

D

A

E

B C

F

G H

I A

6” Reticle (MASK)

12.1” TFT-Array Panel

A

A A A

A A A

Step & Repeat

Stitch Line

Formation of large pattern using a step & repeat exposure method

Stepper 노광기

Stepper 노광기

◆ Stepper 노광기의 주요 특성

-. 주로 Lens 광학계로 구성되며, 기술적으로 대형 Lens의 제작이 어려워 최대 노광 영역이 제한 되므로

분할 노광 방식 (Step & Repeat)으로 대면적을 노광한다.

-. 분할 노광 방식의 특성상 Stage의 정밀도가 우수해야 한다.

-. Stepper의 Stage는 Laser 간섭계를 부착하여 Stage이동에 대한 좌표를 0.12㎛정도까지 관리하고 있으며,

0.05㎛의 재현성을 갖고 있다.

-. G,H라인

Mirror Aligner (scanner) Photo (2) Photo (2)

장점 : 생산성 단점 : High Cost of Mask

5

Aligner 노광기 (Mirror계, Canon)

-. Mirror계는 Canon사에서 개발

-. 주로 Mirror 광학계로 구성되며, Mirror의 대형화가 가능하여 일괄 노광이 가능한 구조이다.

하지만 Uniform한 광원을 대형으로 만들기 어렵기 때문에 Slit Beam을 통해 Mask와 Stage를 함께 Scanning

하는 방법을 적용하고 있다.

-. Scan방식은 Stage의 선형적인 이동과 속도의 정밀도가 요구되며, 1㎛ 이내로써 Stepper에 비해 좋지 않다.

-. I,G,H 복합파장

MPA Aligner 구성도

Photo 대형 장비 (Canon MPA Aligner 구성도] Photo 대형 장비 (Canon MPA Aligner 구성도]

Critical points in Photo tool

• uv intensity uniformity

• Constant Temp. control glass expansion, mis-alignment

- MPA( Mirror projection mask aligner)장비는 투영광학계를 채용하여,

등배(1:1)의

Mask Pattern을 Plate에 전사(轉寫)하는 장비임.

→ 반도체는 축소 투영 , LCD의 경우 등배 또는 확대 투영

- Mirror 투영광학계의 특징인 원호상의 노광빔에 대하여 Mask와 Plate를 동기

Scan하여 한번의

노광으로 넓은 영역에 대하여 노광이 가능하다. - 개별 Scan

(MPA5000이후는 Mask와 Plate를 별개의 구동원으로 하여 동기 Scan을 한다.)

- Mask stage와 Plate stage의 절대위치를 제어하는 것에 의하여 고정도의

복잡한 Distortion의

보정을 실현하고 있다.

- 대형 Glass 하에서 대형 Panel을 구현하기 위해 Stitch 노광 Mode도 개발되어

있음

1. MPA 노광 장비의 주요 특징

Photo 대형 장비 (MPA Aligner 구성도] Photo 대형 장비 (MPA Aligner 구성도]

8

Proximity Gap

MASK (Reticle)

Glass Substrate

Stage (Fixed)

Mirror

u.v.

Proximity Exposure System

Parallel-light

Proximity exposure system : CF 노광등 저해상도 패턴노광에 적용

Photo (3) Photo (3)

Proximity distance

Patterning Process

after Mask Align & Exposure,

Develop Hard Bake PR Inspection (ADI)

o.k. Etch to make Patterns

PR Coating

Align & Exposure

Develop

Hard-Bake

Inspection

Soft-Bake

Spin Coating

Pre-Bake

ADI 검사

13

Chemical 용액을 이용하여 Glass나 Wafer상에 형성된 Photoresist Pattern에 맞

게 하부막을 Etching하여 원하는 형상을 전사하는 공정이다. 현재 TFT-LCD의

제조시 Wet Etching이 적용되는 재료는 Aluminum, Chromium, Molybdenum

과 같은 Metal막으로서 주로 Gate 배선 및 Data 배선에 이용되고 있다. 또한

투명 Metal로써 Pixel 전극재료로 사용되는 Indium-Tin-Oxide (ITO) 및 Indium-

Zinc-Oxide( IZO) 막은 적정한 Chemical에 의해 쉽게 Etching이 되며, 특히 양

호한 선택비와 고 Throughput에 따른 생산성 측면에서 Wet Etching Process가

주로 적용됨

- 산화 환원 반응

- 전기 화학 반응

중요 point : etching uniformity,

etching selectivity,

etching profile (slope)

Wet etch Wet etch

14

Metal별 Wet Etchant

Film Etchant 성분

Al-Ta H2PO3 + CH3COOH + HNO3 + H2O

Al-Si HF + HNO3 + CH3COOH + H2O

H2PO3 + CH3COOH + HNO3 + H2O

Cr (NH4) Ce(NO3) 6 + HNO3

(NG4)Ce(NO3)6HClO2 + H2O

Mo H2PO3 + CH3COOH + HNO3

α-Ta HF + HNO3(CF4+O2 Dry Etch)

ITO 왕수계,염화제2철염소계,HBr/HI계

IZO 옥살산(C2H2O4 or C2H2O4-2H2O)

SiNx,SiO2 Diluted HF

Wet etch Wet etch

15

ETCH

Photo 공정에서 patterning된 PR을 마스크로 하여 실질적인 pattern을 형성하는

공정

- TFT 기판 : Gate Metal, S/D Metal, Pixel 화소전극

- C/F 기판: BM, 공통 전극

목 적

원리

Wet etch Wet etch

16

Etch Rate (E/R) [Å/min]

- 단위 시간당 Etching 속도

- 영향 요소 : Etchant 성분, 공정 온도, 적층 구조

EPD (End Point Detection) & O/E

- EPD : Etching 정도 검출된 시점

- O/E : 추가적 etching 처리량

- Etch time = EPD + O/E

CD (Critical Dimension) Skew

- Photo, Etch 선 폭 관리 목적

- CD SKEW = ADI - ACI CD

Detector Detector

PR PR

ACI metal

PR

Metal

Glass

ADI

ACI

ETCH

Wet etch Process Wet etch Process

목적

Photo, Etch 공정을 통한 박막 Pattern 형성에 사용되었던 PR을 제거하는 공정

선행 공정 진행 과정에서 발생한 변성물질 및 오염물질 까지 동시에 제거

Penetration

Swelling Dissolution

STRIP

Wet etch Process : PR Strip Wet etch Process : PR Strip

19

e- + gas ion + neutral radical + e-

+ photon (h)

ignition

Gas chemistry surface reaction

deposition etching

Plasma

Dry Etch

- Plasma Etch - Reactive Ion Etch

Dry Etch

- Plasma Etch - Reactive Ion Etch

22

Plasma 방전으로 Gas 를 Ion, Radical, Electron으로 분해

이때 형성된 Radical이 화학반응을 일으켜 etching 이 일어난다.

Plasma Etch 에서는 radical을 기판에 수직으로 가속시키는

전압이 없기 때문에 etch profile은 isotropic하게 된다

Reactive ion etching은 생성된 ion이 막표면에 수직으로

가속되며 etching 반응이 일어나기 때문에 etch profile은

anisotropic 하게된다.

Basic Mechanism of dry Etch

• Physical (ionic)

ion

• Chemical

radical

acceleration

diffusion

• Ion enhanced

ion radical

- directional - low selectivity (bonding strength) - ion damage

- isotropic - high selectivity

- bond breaking - surface reaction - sputter desorption

Plasma

Mask

Etch target material

+ -

Mask

Etch target material

+

+

+ + -

-

- + -

+ + + + -

Ion electron Neutral

Sheath

Plasma Etching

Basic Mechanism of Dry Etch Basic Mechanism of Dry Etch

23

PE

RIE

Blocking Capacitor

Gas

Plasma

Vacuum Pump

RF Source

PE (Plasma Etching) Mode

- Glass에 Damage가 적음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr 등의 Etch - High Presure(200~1000mT) - 등방성 Etch

- Glass에 Damage가 많음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr 등의 Etch - Low Presure(200mT이하) - 이방성 Etch

- Glass에 Damage가 많음 - SiNx/a-Si/Ta/Mo/Cr /Al/ITO - Low Presure(100mT이하) - High Density - 이방성 Etch

RIE (Reative Ion Etching)Mode ICP Mode

Dry Etch : 설비 Mode Dry Etch : 설비 Mode

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Etching Layer Etching Gas

A-Si/N+a-Si SF6+Cl2 (CF4+HCl)

SiO2 SF6+O2,C4F8+H2

SiNx SF6+O2 (CF2+O2),SF6+Cl2

P.R O2,O2+CF4

Mo O2,O2+CF2

α-Ta (CF4+O2,SF6+O2

ITO,IZO HBr.HI,유기 계열 gas

Cr Cl2+O2

Al Alloy BCl3+Cl2

Film별 Etching Gas

- F 계열:SF6,CF4,CHF3,C2F6,C3F6,C4F8 - Cl 계열:Cl2,HCl,HBr,BCl3

- 기타 gas:O2,Ar,He,H4

Dry Etch Dry Etch

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PE (plasma Etching) [ CCP 형태 ]

substrate가 Ground된 전극에 놓임 높은 압력 영역에서 공정을 진행함에 따라 Mean free path가 짧아(충돌이 많아) 많은 Radical들이 형성됨으로써 등방성 Etching이 된다. Radical 중성 활성종으로 반응성은 높으나 전하량을 띠지 않기 때문에 확산에 의해 기판으로 이동하여 Etching이 되므로 이방성이 아닌 등방성 Etching이 된다 Isotropic Etching, High Pressure에서 사용, 기판에 주는 Ion damage가 적다

anode

glass

Dry Etch 장치 Dry Etch 장치

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RIE (Reactive Ion Etching )

RIE = plasma Etching + Ion Bombardment - Substrate가 RF가 인가되는 곳에 놓인다. - Cathode(전원을 공급 받은 곳)의 면적이 anode의 면적 보다 적다. cathode에 음 전위, anode 양 전위이면, plasma 의 전자는 anode로 몰리게 되고 anode쪽에 몰린 전자들은 면적이 크므로 모두 흡수 되나 cathode에 몰린 전자들은 모두 흡수 되지 못함. 즉, cathode에 전자들이 몰려드는 것과 같은 현상을 띰. (Self-bais) Self-bias에 의하여 Ion들이 하부 기판으로 가속되어 이방성 Etch를 강화함 (cathode와 anode를 동일 면적을 사용하게 되면 self-bias가 형성되지 않아 이방성 Etching이 되지 않음.)

cathode

anode

Dry Etch 장치 Dry Etch 장치

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