안녕하세요? 오늘은 반도체 PHOTO 공정이 진행되는 순서에 대해 알아보도록하겠습니다. PHOTO공정은 반도체 미세회로 패턴 형성에 있어서 아주 중요한 공정입니다. PHOTO공정이 제대로 되지않는다면 반도체 패턴이 제대로 형성되지 않고, 제대로 형성되지 않은 패턴은 전기적, 물리적 결함을 발생시켜 제대로된 반도체를 만들지 못하게 합니다.
그러면 PHOTO 공정의 순서에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 웨이퍼 처리
순수한 Silicon Wafer는 친수성 막질입니다. 그런데 포토 공정에서 쓰이는 Photo resist는 유기용매로서 친수성 막질에서 제대로 접착이 되지 않습니다. 그래서 먼저 친수성 막질을 소수성 막질로 바꿔줘야하는데, 그때 화학 gas를 사용하여 웨이퍼 막질에 분사해줌으로서 소수성으로 만들어주는 웨이퍼 처리 과정을 먼저 거치게 됩니다.
2. Photo resist 코팅
우선 Photo resist는 빛에 반응하여 성질이 변하는 물질인데요. 이 빛에 반응하여 성질이 변하는 특성을 이용해서 제거해줄 패턴과 남길 패턴을 구분할 수 있게 됩니다. 이 Photoresist, 즉 PR 물질을 웨이퍼 위에 도포하고 Spin을 이용해서 웨이퍼 중심에서 Edge영역으로 고르게 펴서 발라주게 됩니다.
3. Soft Bake
PR을 웨이퍼 위에 발라준 뒤에는 PR물질을 고체로 만들어줘야합니다. 그래야 추후 공정을 진행하면서 액체 상태의 PR이 증발하면서 Defect 등을 발생시키는 것을 막을 수 있기 때문입니다. 이를 위해서 약 100도 정도에서 Bake, 즉 웨이퍼를 구워서 PR 물질 내의 Solvent 를 제거해줍니다. 제거하게되면 PR 물질이 고체로 변하게 됩니다.
4. Photo Mask Alignment
이제 PR를 고체로 만들었으면 PHOTO 설비에 넣고 패턴으로 만들 영역과 아닌 부분의 물성을 다르게 만들어줘야합니다. 근데 PHOTO 설비에 Wafer를 넣게되었을 때 정확한 패턴 위치와 Wafer 위치를 맞춰주는 작업이 필요합니다. 이를 Mask Align이라고 합니다. Photo 패턴이 그려져있는 Mask와 Wafer가 정확하게 맞춰지도록 Mask를 Align해줍니다. 만약 이 Align이 제대로 되지 않는다면 원하는 대로 패턴이 세겨지지 않고 엉뚱한 곳에 소자를 만들어서 불량이 생길 수도 있습니다.
5. Exposure
이제 Photo resist에 빛을 쏴줘서 물성을 변화시키는 Exposure 공정입니다. Mask에 만들어진 Pattern 에 맞춰 특정 영역만의 물성을 변화시키게 됩니다.
6. PEB(Post Expousre Bake)
Exposure과정에서 Photo resist에 빛을 쏴주게 되면 빛을 쏴준 부분과 안쏴준 부분의 경계면에 Standing wave가 남게되는 되는데요.
Standing wave는 물결 모양처럼 표면이 만들어지는 것을 말합니다. Standing wave가 있으면 후속 Etch 과정을 할 때 수직으로 깍기에 어렵기 때문에 이런 Standing wave를 제거해줘야합니다. 바로 Post exposure bake, 즉 exposure 후 bake를 한번 더 진행해줌으로서 표면을 매끄럽게 만들어줍니다. 100도 이상에서 2분 정도 구워주게 되는데, 이 heat에 의해서 표면이 wave한 모양에서 flat한 모양으로 변하게 됩니다.
7. Develop(현상)
Develop은 패턴 형성을 위해 필요한 부분은 PR를 날려버리고, 필요 없는 부분은 PR를 유지하는 과정입니다.
즉 필요에 따라서 선택적으로 물질을 날려버림으로써 우리가 원하는 패턴 형성에 필요한 물질들을 준비합니다.
8. Hard Bake
마지막 Hard Bake는 이전 과정들을 진행하면서 남은 화학물질들을 날려주기 위한 열처리 과정입니다. 120도 정도의 수준으로 진행하여 PR 외의 물질들을 다 증발시켜버리고 순전히 PR만 남기고 더 단단하게 해줍니다.
이 8가지 공정 이후에 Etch공정을 이용해서 Pattern 형성할 부분을 깍아줍니다. PR이 없으면 Etch에 의해서 표면이 깍이면서 패턴이 형성되게 됩니다. 이상으로 포토 공정의 순서에 대한 설명을 마치도록 하겠습니다. 감사합니다.
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