[반도체 8대 공정] 1. 포토 공정에 대하여

안녕하세요. 오늘은 포토공정에 대해 복습해보려고 합니다!

포토 공정은 반도체 8대 공정 중 하나로, 간단히 말해서 미세 패턴을 만드는 공정이라고 볼 수 있습니다.

반도체 8대 공정엔 웨이퍼 제조, 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정, 박막 증착, 금속 배선 공정, EDS 공정, 패키지 공정이 있습니다. 그 중 포토 공정과 공정에 사용되는 장비에 대해 알아보겠습니다.

포토공정(Photo Lithography Process)란 마스크에 고정된 exposure slit을 통해 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 공정입니다.

포토 공정은 사진이 현상되는 원리랑 비슷합니다! 사진을 현상할 때에 필름이나 사진지에 빛이 노출되어 이미지가 형성되고, 포토 공정에선 마스크를 통해 wafer가 빛에 노출되어 패턴이 형성됩니다.

그림을 통해 자세히 알아봅시다!

위 장비는 웨이퍼에 회로를 그려 넣을 수 있는 Stepper 노광 장비인데요,

그림에서 볼 수 있듯이 빛을 slit을 통해 통과시켜주면 마스크(Reticle)의 회로패턴을 거쳐 웨이퍼 위로 도달하여 회로패턴이 그대로 새겨지게 됩니다.

포토공정의 주요 단계로는 1) 기판준비 2) PR도포 3) Soft Bake 4) 마스크 정렬 5) 노광 및 현상 6) Hard Bake 7) 패턴전사

입니다.

1) 기판 준비

먼저 웨이퍼를 높은 온도(200~400°C)에서 30~60분 동안 구워 표면에 있는 수분을 증발시킵니다.

이를 통해 깨끗하고 접착력이 높은 웨이퍼를 사용할 수 있게 됩니다.

2) PR 코팅

먼저 PR은 Photo Resist의 약자로 감광성 물질입니다. 빛에 노출되면 용해성 물질로 변하여 이 부분을 용제를 사용해 용해시켜 패턴을 만들 수 있게 됩니다.

대부분 산업용 포토 리소그래피 공정은 기판이 빠르게 회전하는 스핀 코팅 기술을 사용하며, 원심력에 의해 PR용액이 고르게 퍼지고 이어서 용매가 증발하여 균일한 얇은 PR층(약 0.1~10μm)이 형성됩니다.

PR용액의 종류와 특징은 다음과 같습니다.

Positive PR	• 빛을 받은 부분이 제거 • 현상액에 의해 화학적 분해가 일어나 제거됨 • 더 높은 공간 해상도와 패턴 구조의 측벽 거칠기를 더 효과적으로 제어할 수 있음
Negative PR	• 빛을 받지 않은 부분이 제거 • 현상액에 의해 노출되지 않은 부분이 결합되어 제거됨

Positive PR이 Negative에 비해 용해도와 열정 안정성이 우수하기 때문에 Positive PR을 더 많이 사용한다고 볼 수 있습니다.

3) Soft Bake

PR코팅한 후 코팅에 잔류 용매가 있다면 PR용액이 불완전하게 노출될 수 있기 때문에 수분 제거를 위해 heating을 해줍니다.

그렇다고 과하게 베이킹을 하게 되면 감광제 분자가 손상되어 감광성이 저하될 수 있습니다.

4) 마스크 정렬 및 노광, 현상

마스크(reticle)를 정렬하고 포토리소그래피 장비에 고정해줍니다.

레티글 사용시 웨이퍼 표면에 평행하게 단계적으로 이동해 각 단계마다 웨이퍼의 작은 부분이 노출됩니다.

이 과정을 수행하는 장비는 바로 위에서 설명한 'Stepper' 입니다!!

노광 시 웨이퍼에 직접적으로 노출 또는 근접, 투영 노출을 할 수 있는데

직접 노출은 공간 해상도가 올라가는 반면 마스크가 손상될 위험이 있습니다.

근접, 투영 노출은 마스크가 손상될 위험은 적지만 공간 해상도가 좋지 않다는 단점이 있습니다.

현재 포토 공정에서 볼록, 오목 렌즈로 구성된 조명계를 사용해 원하는 형성을 만들어 낼 수 있으며 노광 공정을 거친 웨이퍼를 현상액으로 패턴을 현상하게 됩니다!

5) Hard Bake

마지막으로 패턴을 형성한 후 변형되지 않게 하기 위해 한번 더 베이킹을 해주는데 이때는 약 110°C에서 heating을 해줍니다.

위 과정들이 위의 Track 장비에서 수행되는데요!, 이를 통해 웨이퍼는 습식, 건식 애칭, 선택적 금속 증착, 이온 주입, 또는 복제 성형에 사용될 준비가 완료되었습니다. 포토공정 다음은 웨이퍼의 불필요한 부분을 제거하는 식각(에칭)공정이 진행됩니다!

따라서 다음은 에칭공정에 대해 복습해보도록 하겠습니다!

이 글은 한국기술교육대학교의 반도체 공정 기초 강의를 수강한 후 azonano사이트를 참고하여 작성하였습니다!

반도체 복습 노트