[반도체 공정] 포토 공정(photolithography)에 대하여

이번 게시물은 반도체 8대 공정 중 포토 공정에 대해 알려드리겠습니다. 포토 공정은 반도체 공정에서 증착 된 박막 위에 감광제를 도포한 후 정렬, 노광 및 현상 공정을 통해 박막에 일정한 패턴을 형성하는 공정입니다. 

 

아래는 단계별로 포토공정에서 진행되는 작업입니다.

 

1. Substrate cleaning(웨이퍼 위에 있는 불순물 입자 및 유기물을 제거하기 위한 단계)

- 스핀코팅기를 사용하여 아세톤을 도포하여 세정 후, 도포된 아세톤을 메탄올을 이용하여 제거한다.

 

2. Free baking(웨이퍼 위에 남아있는 잔류 수분을 제거하기 위한 단계)

 

3. PR(PhotoResist) coating(세정된 웨이퍼 위에 PR을 도포하는 단계)

- 보통의 경우 spin coating을 이용하게 되는데, 스핀코팅기 위에 기판을 올려서 진공을 잡아주고, 스포이드를 이용하여 PR을 적정량 떨어뜨린 후에 스핀코팅의 시간과 속도를 설정하여 스핀코팅 시켜준다.

 

- PR의 양, 스핀코팅의 시간과 속도, PR의 점도에 의해서 코팅의 두께가 결정된다.

 

▶ Positive PR

-빛에 노출된 부분이 화학적인 분해로 인해 노광 후 현상액에 씻겨나가는 PR(마스크 모양대로 패터닝됨)

○ 장점 : 현상 후에 떼어내기가 쉽다. 해상도가 높아서 더 많이 쓰인다.

○ 단점 : 두껍게 코팅하기가 힘들다(보통 50마이크로미터 이하까지)

 

▶ Negative PR

-빛에 노출된 부분이 화학적으로 결합하여 노광 후 빛이 노출되지 않은 부분이 현상액에 씻겨나가는 PR(마스크 모양과 반대로 패터닝됨)

○ 장점: 다양한 코팅 두께를 제작할 수 있다.(200마이크로미터 이상까지도 가능)

○ 단점: 왠만한 화학약품이나 열에 변형이 잘 일어나지 않아 현상 후에 떼어내기가 어렵다. 해상도가 조금 떨어진다.

 

4. Soft baking(PR에 포함되어 있는 용액의 대부분을 제거시키기 위한 단계)

- PR의 부착력과 도포 균일성이 좋아진다.

- 보통 hot plate에서 80~100도 정도에서 이루어진다.

 

5. Align & Exposure(마스크를 패터닝하고자 하는 곳에 정확이 정렬시키고, UV를 이용하여 노광하는 단계)

-마스크를 패터닝하고자 하는 곳에 정확하게 위치시키고, UV를 조사하면 Positive PR의 경우, UV에 노출된 부분의 PR결합이 끊어지면서 현상액에 의해 떨어져 나간다. Negative PR의 경우, UV에 노출되지 않은 부분의 PR이 현상액에 의해 떨어져 나간다.

 

-접촉형 노광 : 감광제가 묻어남에 따라 마스크의 수명이 짧아지는 단점이 있다.

-근사형 노광 : 노광 중에 감광제에서 발생하는 가스로 인하여 재현성이 저하될 뿐만 아니라 해상도의 한계가 있다.

-투사형 노광 : 마스크와 기판의 접촉이 없어서 마스크의 수명이 길고 분해능과 생산성이 높다는 장점이 있다. 따라서 반도체 제조의 주력 기술로 사용되어 왔다.

 

6. Develop(현상액에 담가서 PR을 떨어뜨려 패턴을 발생시키는 단계)

-Positive PR의 경우, 현상액에 담그면 UV에 노출된 된 부분의 PR이 벗겨져 나가고, 마스크 모양대로 PR이 남는다.

-Negative PR의 경우, 현상액에 담그면 UV에 노출되지 않은 부분의 PR이 벗겨져 나가고, 마스크 모양과 반대로 PR이 남는다.

 

7. Hard baking(웨이퍼 표면과 PR의 부착력을 강화시키며, 미처 현상되지 않은 잔류 PR용매를 증발시키는 단계)

- softbaking보다 더 높은 온도 약 120~140도에서 이루어진다.(더 높은 온도가 되면 PR패턴의 변형을 유발할 수 있기 때문에 정확한 온도조절이 필요하다)

- softbaking보다 조금 더 긴 시간동안 이루어진다.

 

8. Eaching(현상공정 후 PR에 의해 표시된 부분을 제거하는 단계)

- 등방성 식각 : 모든 방향으로 식각이 진행되는 경우(Wet eaching의 경우)

- 이방성 식각 : 한쪽 방향으로 식각이 진행되는 경우(Dry eaching의 경우-보통 플라즈마 에칭이 해당됨-플라즈마 반응을 통해 얻어지는 반응가스의 이온화된 물질들이 웨이퍼 위에 노출된 표면 물질과 화학적으로 반응하여 부산물을 생성하면 원하는 부분이 제거된다.)

 

9. Strip(패터닝되어 있는 PR을 떼어내는 단계)

 

10. Inspection(앞의 과정들을 통해서 만들어진 결과물을 검사하는 단계)