Photo 공정의 이해

Photo 공정이란

설계된 회로에 패턴을 웨이퍼에 만다는 공정으로, 미세한 패턴을 결정하는 데 가장 중요한 공정이다.

 

포토 레지스트(Photo Resist)

포토 레지스트는 반도체 소자의 패턴을 미세하게 가공하는데 사용되는 감광막으로서 빛 또는 전자선 등의 조사에 의해 물리 화학적으로 변화하여 현상 용액에 대한 용해성이 변화하는 내식각성 피막 재료이다.

다중체(Polymer, 레진), 감응제(Sensitizer), 용매(Solvent), 첨가제(additives)으로 구성되어 있다.

빛을 받은 부분이 제거되는 Positive PR과 빛을 받은 부분이 남는 Negative PR로 구분된다.

산업체에서는 대부분이 Positive PR을 사용한다.

 

마스크(Mask)

하나의 칩을 생성하기 위해서는 층(Layer)별로 필요한 패턴(Pattern)을 형성시켜야 하는데 이때 패턴을 그려둔 원판을 마스크(Mask) 또는 레티클(Reticle)이라고 한다. 여기에서 층(Layer)이란 반도체 침을 제조하기 위해서는 회로의 패턴들을 적층하여 형성시키는데 이때 형성하는 각각의 층 또는 막을 말한다.

 

Optical Lithography

빛의 반사나 굴절을 이용하여 광학계 시스템을 적용한 Projection Type의 노광기술로서 해상력 증가 및 정렬도 향상을 이술 수 있다.

스텝퍼(Stepper, Step and Repeater)는 Mask 패턴 대비 웨이퍼 상에서의 패턴 비율을 5:1의 축소투영방식이며, 스캐너(Scanner, Step and Scan 타입)는 4:1 축소방식을 이용해 노광한다.

해상력은 광원의 파장과 밀접한 관계를 갖는데 파장이 짧으면 짧을수록 작은 선폭을 패터닝 할 수 있으므로 자외선(Ultra Violet)을 사용한다.

 

g-line(λ=436[nm])

i-line(λ=365[nm])

KrF Laser Source(λ=248[nm], Deep UV)

ArF Laser Source(λ=193[nm], Deep UV)

 

Photo 공정 순서

1. 웨이퍼 세정

2. HMDS Prime

Si 기판과 PR의 접착력(Adhesion)을 증가시켜주는 과정.

3. PR Coating

Spin Coating법으로 PR을 Wafer 위에 떨어뜨리면서 Wafer를 회전시키면 원심력에 의해 PR을 균일하게 도포하는 방식이다.

4. Soft Bake

Wafer 위에 도포된 PR의 Solvent를 열에너지에 의해 제거하고 감광액을 굳게 하는 공정.

5. 노광(Exposure)

마스크의 회로 패턴에 자외선을 투과시켜 노광 지역에 대해 PR의 광화학 반응을 선택적으로 일으키는 공정.

6. PEB(Post Exposure Bake)

노광에 의한 노광부와 비노광부의 용해도 차이를 유발해 이후 현상 공정(Develop)에서 CD(Critical Dimension) 균일도를 향상시킨다.

7. 현상(develop)

노광(Exposure)공정 때 자외선을 받은 PR 부분은 그 화학적 성질이 바뀌게 되며, 이 때 아랄리성 현상액으로 공정을 진행하면 화학적 용해도 차이로 인해 PR이 제거되거나 남게 된다.

8. Hard Bake

현상 공정(develop) 진행 후 PR에 남아 있을 수 있는 수분을 제거하고 PR을 단단하게 만드는 공정.

9. 검사(Inspection)

Mask 상의 패턴 크기대로 현상 공정이 잘 되어있는지 파악한다.

 

Photo 공정 검사

CD(Critical Dimension)

CD란 각 층(Layer)의 패턴의 크기를 말한다. 패터닝이 잘 되어있가를 판단하는 기준으로 선폭의 사이즈를 재고, 이상 유무를 판단하며, 결함 등을 확인한다.

SEM, TEM, Micro Scope 등을 사용해 측정 한다.