Intro
Q. Photo 공정 쪽으로 입사하고 싶다고 하셨는데요, Photo 공정은 Clean room에서 진행이 됩니다. 혹시 왜 그런지 아는 대로 말씀해주세요.
A.?
Q. Photo 공정이 뭐인지 간단히 말씀해 주세요.
A. 어..
-탈락-
바쁘신 현대인들을 위해 Photo 공정에 대해서 간략하게 설명해 드리고 넘어가겠습니다.
한 반도체를 만들 때 20회 이상의 포토 공정이 진행될 만큼 매우 중요합니다.
Photo 공정이란, Mask 상에 형성되어 있는 패턴에 빛을 쏘아서 Si에 전사하는 과정입니다.
특정 부분은 없애고 특정 부분은 남기죠.
없앨 부분은 빛으로 쪼아 녹게 만들고, 남기고 싶은 부분은 PR, Hard Mask로 덮어 빛의 영향을 받지 않게 합니다.
PR의 종류는 Positive PR, Negetive PR가 있습니다.
Positive PR은 빛을 받은 부분이 저 분자화 되어 현상액이라는 용액에 잘 녹게 됩니다.
Negative PR은 빛을 받은 부분이 고 분자화 되어 현상액이라는 용액에 잘 녹지 않게 됩니다.
Negative PR은 '팽윤 현상'으로 인해 현상액을 먹으면서 부피가 커져 미세 패턴 구현에 있어 어려움이 있습니다. 따라서 Lift off 공정에서만 쓰이죠.
Photo 공정에서는 clean room이 필수적인데, 그 이유는 먼지로 인해 homoepitaxy가 되지 않을 수도 있으며, Mask에 먼지가 증착 될 시 원하는 패턴 구현이 어려워집니다.
Clean room 조건에는 Class 10, 편류, 양압, 온도 유지가 있죠. 차근차근 오늘 다 설명해 드리겠습니다.
포토 공정의 정의
포토 공정(Photolithography)이란, 웨이퍼 표면에 증착되어 있는 얇은 감광제(PR) 혹은 Hard Mask에 마스크 상의 기하학적인 형태의 패턴을 전사하는 공정입니다. 이 공정을 통해 반도체 PR의 '패턴'을 만들어 주지요.
어렵게 말씀드리면 PR 패턴은 이온 주입 영역 & 접촉 영역 & 결합 영역을 정의해 줍니다.
쉽게 말씀드리면, PR 패턴은 식각 공정, 이온 주입 공정에서 선택적 보호막 역할을 합니다.
그림으로 정리해 드리겠습니다.
PR을 증착 후, 빛을 통해 Mask의 패턴을 전사합니다.
빛을 받은 Positive PR은 말랑말랑해집니다.
현상액에 입수시키면 말랑해진 PR 부분이 제거가 됩니다.
이후, PR을 제거합니다.
감광제(Photoresist)
Photo 공정에서는 항상 Photoresist(PR)을 사용합니다.
이 PR에 빛을 쪼여주고, 현상액에 담그면 쪼여준 부분(Positive PR 사용했을 시), 안 쪼여준 부분(Negative PR 사용했을 시)이 녹게 됩니다.
Positive PR에서 빛을 받은 부분은 저 분자화가 되어 현상액을 통해 쉽게 제거가 됩니다.
Negative PR에서는 빛을 받은 부분이 고 분자화가 되어 현상액을 통해 제거가 되지 않습니다.
Negative PR 같은 경우 현상 공정에서 현상 용매를 흡수를 하여 부피가 커집니다('팽윤 현상'). 이로 인해 해상도가 크게 제한이 됩니다. (최소 2 마이크로미터)
하지만 가격이 싸고, 광 감응도가 크며 화학반응의 내성이 커서, Lift off 공정에서 사용이 많이 됩니다.
감광제는 유기물질로, 시간이 지나면 변성이 일어나서 빨리 사용을 해야 하며, 고품질의 회로 패턴을 얻기 위해 PR 막이 얇고 균일해야 하며, 빛에 대한 감도가 높아야 합니다.
Clean room환경
Photo 공정은 항상 Clean room에서 진행을 합니다. 이유는 다음과 같습니다.
1. 먼지 입자
- 공기 중의 먼지 입자가 반도체 wafer 표면에 증착되면, Epitaxial 막의 단결정 성장을 파괴시켜 dislocation의 원인이 됩니다.
- 공기 중의 먼지 입자가 Mask에 증착을 하면 먼지가 그림자 역할을 하게 되어 원하지 않은 패턴이 나옵니다.
이러한 이유로 최대한 먼지가 없는 'clean room'에서 진행됩니다.
노광 영역에서는 1ft^3 당 먼지가 10개의 입자 정도 있는 Class 10에서 진행됩니다.
IC 제조 영역에서는 1ft^3 당 먼지가 100개의 입자 정도 있는 Class 100에서 진행됩니다.
2. 온도
온도가 다를수록 공정이 다릅니다. 따라서 Clean room에서 20'C로 유지합니다.
3. 환경
외부에 들어오는 먼지를 막기 위해 양압 환경을 선택합니다. 압력이 높아, 외부로 공기가 나가는 원리입니다.
또한 위에서 깨끗한 공기가 내려가는 Laminar flow, 편류 방식을 채택했죠.
Photo 공정의 방법
앞서 그린 그림의 리뷰입니다.
1) Apply Photoresist
1. HMDS 용액을 웨이퍼 상으로 도포합니다.
기판은 무기 물질이고, PR은 유기 물질입니다.
무기 물질과 유기 물질은 잘 붙지 않아, 잘 붙게 기판 위에 HMDS 물질을 사용하여 무기 성질 기판을 유기 성질로 바꿉니다.
2. Spin coater 장치로 PR을 coating 합니다.
3. Soft baking 방법을 통해 감광제에서 solvent 성분을 없애고, 웨이퍼와 감광막의 접착성을 증가시킵니다.
Solvent는 PR에 들어가 있는 Resin(몸체), Sensitizer(광 반응 물질)를 용해시켜 일정한 점성을 갖게 해 줍니다.
온도는 대략 90도에서 진행됩니다.
2) Exposure to light
4. 마스크와 기판을 정렬시키고, 빛을 쪼아줍니다. 이로 인해 빛을 받은 부분이 저 분자화 됩니다.
현상액에 잘 녹겠네요.
3) Apply developer
5. Develop을 하여 빛 받은 PR 부분을 녹입니다.
6. Hard Bake로 잔여 현상액, solvent를 제거하고, 남아있는 PR의 접착력을 증가시킵니다.
대략 온도는 110도 정도입니다.
관련 공정 실습은 아래 링크에 넣었습니다.
2022.10.30 - [전자공학/반도체 공정 실습] - 반도체 공정 실습) 포토 공정 실습
반도체 공정 실습) 포토 공정 실습
포토 공정 관련 이론은 한 번 제대로 포스팅해서 올려드리도록 하겠습니다. 간단하게 포토 공정의 개념을 설명해 드리겠습니다. 포토 공정의 정의 포토 공정이란, 설계된 패턴을 웨이퍼 상에 형
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Photo 공정 변수, Printing 방법
Photo 공정 변수는 해상도, 정합, 처리량으로 나뉩니다.
해상도를 높이는 것이 관건입니다.
해상도를 이해하기 위해 파장, 초점심도, NA 등의 관계를 알아야 합니다.
Printing 방법은 접촉 인쇄, 근접 인쇄, 투영 인쇄로 나뉩니다.
바로 아래 링크에서 제대로 설명해 드리겠습니다.
2022.11.24 - [전자공학/3. Photo] - 3-1 포토 공정 ) 포토 공정 변수, 해상도 개선 방법, printing 방법
3-1 포토 공정 ) 포토 공정 변수, 해상도 개선 방법, printing 방법
포토 공정 변수 포토 공정 변수는 다음과 같습니다. 1. 해상도(분해능) PR에 높은 적합성을 전사할 수 있는 최소 특성 치수(패턴 크기)입니다. 즉 쉽게 말해 '얼마나 작게 그릴 수 있냐?'입니다. 해
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Photo 공정 회사
1mm 볼펜과 0.3mm 볼펜 중 어떤 것이 미세한 그림을 그리기 좋을까요?
당연히 0.3mm입니다.
그럼 회로를 정말 미세하게 그리기 위해서는 어떻게 해야 할까요?
마찬가지로 매우 작은 빛을 이용하면 됩니다.
가장 작은 파장(EUV)을 가진 포토 공정 장비(노광 장비)를 ASML이 독점하고 있습니다.
ASML 말고 아무도 못 만들어요.
3 나노 공정, 미세 나노 공정을 하기 위해 ASML의 EUV가 필수적입니다.
나노 공정이 생명인 Foundry 업체에서 ASML의 장비를 얻기 위해 모든 수를 다 쓰는 거죠. 따라서 '슈퍼 을'이라고 합니다.
ASML 주가 10월 13일 기준
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