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이번 포스트에서는 8대 공정 중 포토 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1) 포토공정이란?
: 빛을 이용하여 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 상에 형성시키는 것입니다.
2) 포토 공정 과정
1. PR Coating
: PR(Photo Resist)을 웨이퍼 위에 도포
1.1. PR(Photo Resist)란?
: 빛에 노출되면 물리적/화학적 구조가 변화하는 감광 물질
※ 그렇다면 왜 PR을 도포하는 것일까요?
포토 공정은 앞서 말했듯이 빛을 이용하여 웨이퍼 상에 회로를 형성하는 공정입니다.
따라서 감광 물질인 PR을 사용하면 웨이퍼 위에 쉽게 패턴을 형성할 수 있게 됩니다.
자세한 내용은 뒤로 하고, 사실 PR Coating 전에 하나의 단계가 더 존재합니다.
PR과 웨이퍼 사이에 접착력을 높여주기 위한 Primer를 입혀야 합니다.
대표적인 Primer가 HMDS (HexaMethyDiSilazane)입니다.
※ Primer를 입혀주는 이유는 무엇일까요?
PR은 Hydrophobic(소수성)이고, Si 웨이퍼는 Hydrophilic(친수성)이기 때문입니다.
따라서 웨이퍼 표면을 Hydrophobic(소수성)으로 만들기 위해 HMDS와 같은 Primer를 입혀주는 것입니다.
다시 PR로 돌아와 PR의 종류에 대해서 알아보겠습니다.
PR은 Positive PR과 Negative PR로 나눠집니다.
Positive PR은 빛에 노출된 부분의 고분자 결합이 끊어져서 Develope(현상) 이후 빛에 노출되지 않은 부분이 남게 됩니다.
Negative PR은 빛에 노출된 부분의 고분자 결합이 강해져서 Develope(현상) 이후 빛에 노출된 부분이 남게 됩니다.
현재 PR Coating은 Spin Coating으로 진행됩니다.
즉, 원판 위에 웨이퍼를 올리고 이를 고속으로 회전*시킴과 동시에 PR 용액을 중앙에 도포하여 웨이퍼 전체에 PR 용액을 퍼뜨리는 것입니다.
이런 Spin Coating 시 발생하는 Issue가 몇 가지 존재합니다.
① Streak 현상
: Cleaning이 제대로 진행되지 않아 웨이퍼 위 존재하는 Particle 또는 Hole에 의해 PR 용액이 고르게 도포되지 않는 현상
② Striation 현상
: PR Coating 이후 Solvent가 불균일하게 증발하는 현상
③ Edge Bead 현상
: 원심력에 의해 웨이퍼 외곽에 두껍게 PR이 Coating되는 현상
2. Soft Bake
: PR에 남아있는 Solvent를 가열하여 증발시키기 위해 진행하는 공정
※ PR에 남아있는 Solvent를 제거해야 하는 이유는 무엇일까요?
① 웨이퍼와 PR 사이 접착력 향상
② 이후 공정에서 마스크 오염을 최소화
③ Dark Erosion 현상* 방지
* Dark Erosion 현상 : 노광되지 않은 부분이 현상되는 것
3. Alignment
: 마스크의 패턴을 웨이퍼의 정확한 위치에 맞추는 공정
4. Exposure
: 빛을 조사하여 마스크에 디자인 된 패턴 형성
노광기는 Stepper와 Scanner가 있습니다.
Stepper는 렌즈 전체를 사용하여 도장처럼 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 한 번에 형성합니다.
이때, 렌즈 가장자리의 경우 수차가 크고 왜곡이 발생하여 정확한 이미지 패턴 형성이 어렵습니다.
Scanner는 수차가 낮은 렌즈 중앙만을 사용해서 빛을 지속적으로 움직여 칩에 패턴을 형성합니다.
따라서 수차를 최소화하여 보다 정확한 이미지 패턴을 형성할 수 있습니다.
Exposure Type은 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
① Contact : 마스크와 웨이퍼를 직접 접촉시켜서 노광
→ 빛의 회절 영향은 적지만, 웨이퍼 표면과 마스크에 손상을 줄 가능성이 높습니다.
② Proximity : 직접적인 접촉없이 일정한 간격을 두고 노광
→ 웨이퍼 표면과 마스크에 손상을 줄 가능성은 낮지만, 해상도가 낮습니다.
③ Projection : 축소렌즈를 통해 마스크 패턴을 축소하여 소형 기판에 패턴 형성
→ 가장 우수한 해상도를 얻을 수 있습니다.
5. PEB (Post Exposure Bake)
: 웨이퍼 현상 이전에 Standing Wave(정재파)를 제거하기 위한 공정
※ 왜 Standing Wave(정재파)를 제거해야 할까요?
입사된 빛과 웨이퍼 면에서 반사된 빛이 보강/상쇄 간섭을 일으켜 노광 공정 진행 후 PR의 경계 표면에 굴곡이 발생합니다.
이는 Resolution에 영향을 미치기 때문에 PEB를 통해 이와 같은 굴곡을 제거하여 PR의 특성을 향상해줍니다.
6. Development
: PR을 선택적으로 제거하여 패턴을 형성하는 공정
위는 Positive PR과 Negative PR의 현상 후 모습입니다.
7. Hard Bake
: 현상 후 남아있는 현상액/Solvent를 제거하는 공정
※ Hard Bake를 진행하는 이유는 무엇일까요?
① Develop(현상) 과정 이후 남은 Solvent가 PR에 흡수되어 모형을 변형하는 것을 방지
② 후속 공정에서 PR 패턴이 열적으로 변형되지 않도록 PR 패턴의 열적 특성 향상
③ 식각 및 이온주입 공정 시 튼튼한 Barrier 역할을 하도록 기계적 특성 향상
내용이 길어져 이번 포스트는 여기서 마무리 하도록 하겠습니다.
다음 포스트에서는 Resolution(해상도)와 DOF(초점심도)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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