포토 공정 관련 자세한 이론은 아래 링크 참고해 주시기 바랍니다.
2022.10.13 - [반도체 8대 공정/3. Photo] - 3. 포토 공정) 반도체 포토 공정 (feat. ASML, Soft bake의 온도)
간단하게 포토 공정의 개념을 설명해 드리겠습니다.
포토 공정의 정의
포토 공정이란, 설계된 패턴을 웨이퍼 상에 형성하는 공정입니다. 즉, 밑그림을 그리는 작업이지요.
설계된 패턴을 웨이퍼 상에 전사시키는 공정이기 때문에, 미세 나노 패턴 구현에 있어 가장 중요한 공정입니다.
식각 장비, 증착 장비 등 반도체 장비가 아무리 좋아도 웨이퍼 상에 패턴 전사를 제대로 못 시키면 아무것도 아니게 됩니다.
현재 3 나노 반도체가 존재하게 된 이유는 미세 패턴을 구현할 수 있는 최고의 포토 장비 회사 ASML이 있기 때문입니다.
포토 공정 Process
포토 공정의 process는 다음과 같습니다.
1. Cleaning 2. Spin coating 3. Soft baking 4. Align, Exposure 5. Post-expose baking 6. Develop 7. Hard baking 8. 광학 현미경 9. Alpha-step
1. Cleaning
소자의 패턴 크기가 매우 작아짐에 따라 먼지, 사람의 각질, 화장 가루 등 불순물의 영향이 매우 커졌습니다.
Wafer 위에 불순물을 최대한 제거하기 위해 cleaning 공정이 진행됩니다.
2. Spin coating
감광제(PR)를 도포하는 과정입니다. 위 실험에서는 Positive PR을 사용하였습니다.
실험 방법
Si 기판은 친수성이고 PR 은 소수성이기에, 서로 잘 붙지 않습니다. 따라서 Si 기판을 소수성으로 먼저 바꾸는 과정이 필요합니다.
1. Spin coater 가운데에 Si 기판을 넣고 기판을 고정하기 위해 진공 버튼을 눌러 약한 진공을 잡습니다.
* Si 기판 넣는 곳 바로 아래에 배기를 할 수 있는 부분이 있습니다.
* Chamber 전체에 진공을 잡는 것이 아닌, 기판을 거치하는 곳 바로 아래 부분에 진공을 잡습니다.
2. 질소 총으로 기판을 약하게 불어줘 붙어있던 불순물들을 없앱니다.
3. HMDS 용액을 이용하여 Si 기판을 소수성으로 만듭니다. (3방울 넣고 start 눌러 spin coater 돌리기)
4. positive PR을 5방울 가운데에 넣고 spin coater을 돌려서 pr을 골고루 증착시키게 합니다.
* Spin 속도가 빠를수록, 점성이 낮을수록 두께는 얇아집니다.
* 원심력을 이용합니다.
3. Soft baking
PR은 solvent, Resin, Photoactive Compound로 구성됩니다.
Solvent는 빛을 흡수하는 성질을 가지고 있어 노광 전에 반드시 제거해야 합니다. (Solvent : PR을 보관하기 위해 외부 빛을 방지하고자 사용하는 액체)
Soft baking은 PR 안 solvent를 제거하는 역할을 합니다. 온도는 90도에서 진행되었습니다.
4. Alignment, Exposure
Mask Layer 간 패턴을 정확한 위치에 맞추는 작업을 Alignment라고 합니다.
PR에 빛을 발사하여 패턴이 형성되도록 하는 과정을 Exposure이라고 합니다.
즉, 원하는 패턴의 Mask를 기판과 Align하고 빛을 Exposure 함으로써 패턴이 형성되는 공정입니다.
실험 방법 :
1. 기판을 약한 진공으로 고정을 합니다.
2. 뚜껑을 닫고 alignment 장비를 이용하여 위치 조절을 합니다.
3. 적당히 눌려짐이 보일 때, exposure 장비를 이용하여 uv light을 쪼여줘 패터닝을 합니다.
5. Post-expose baking
Exposure 공정 후, Develop 공정 전 PR을 가열하여 건조하는 과정을 말합니다.
PR에 함유되어 있는 Photo Active Compound(PAC)를 확산시켜 PR 표면 사이사이에 공간을 채워 표면을 매끄럽게 해 줍니다.
6. Develop
현상액을 이용하여 PR이 필요하지 않은 부분을 제거하는 부분입니다.
실험 방법 : 2 ~ 3분 동안 현상액에 담그고 양 옆으로 살살 흔들었습니다. 실험에서 사용한 Positive PR이 나가는 것을 육안으로 확인할 수 있었습니다. DI 용액을 이용하여 한번 더 씻겨주고, 질소 총을 이용하여 반도체 표면의 물기를 제거하였습니다.
7. Hard baking
PR 접착도를 증가시키는 공정입니다. 이 과정은 '선택'입니다.
8. 광학 현미경으로 관찰하기
공정을 진행한 반도체를 육안으로 확인하는 과정입니다.
9. Alpha-step
패턴이 있는 부분에는 2.7μm의 PR이 증착되어 있는 것을 알 수 있습니다.
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