반도체 산업에 대해 알아보자 (7)

《 반도체 산업에 대해 알아보자 (7) 》

산화공정을 마친 실리콘 웨이퍼는 포토와 식각 공정을 거쳐 산화된 실리콘에서 필요한 부분을 제거한다.

이번 시간은 포토 공정만을 간단히 살펴보자. 

포토(Photo) 공정은 사진공정이라고 하는데 이후 식각공정에서 사용될 산성(Acid)액으로 부터 실리콘 옥사이드를 보호하기 위해 필수적인 공정이다. 

포토 공정에서 먼저 감광액을 산화가 된 웨이퍼 위에 도포(Deposition)을 하고 건조를 한다. 

감광(感光液)액이란 말속에도 들어 있듯이 자외선 같은 빛에 닿으면 반응하여 화학적인 구조가 변하는 액체를 말한다. 

일반적으로 Monomer 성분이 자외선을 받게 되면 감광액 속에 Initiator(개시자)가 들어 있어 Monomer를 자극하게 되고 이것이 소위 말하는 연쇄작용(Chain Reaction)을 일으켜 고분자 화학물로 변하게 된다.

감광액은 반도체 공정상 용어로 Photo Resist은 줄여서 PR이라고 하며 PR에는 2가지 타입이 있는데

첫째, 빛에 반응하여 화학구조가 변해 이후 현상액으로 제거가 되는것을 Positive PR이 있으며 (따라서 빛이 닿지 않은 부분은 현상액에 제거가 되지 않는다.) 

둘째, 빛에 반응하여 화학구조가 변해 이후 현상액으로 제거가 되지 않는 것을 Negative PR (따라서 빛이 안닿은 부분은 현상액에 제거가 된다.)이라고 한다.

Positive PR vs. Negative PR

위의 그림을 보면 Photo Mask가 있는데 이는 사진의 원판과 같은 역할을 하며 도면을 그린후 출력을 하여 빛이 통과할 부분과 통과하지 않을 부분으로 구분을 하도록 한다. 

쉽게 설명을 하자면 시커멓게 칠한 부분은 빛이 통과가 되지 않고, 투명하게 만든 부분은 빛이 통과를 하게 되는데 이와 같은 방법으로 감광액에 빛을 노출시켜 원하는 회로를 만들어 줄수가 있다. 

보통 Mask는 고 순도 Quartz나 소다라임 유리를 사용하고, 빛이 통과하지 않을 부위는 크롬(Chrome)으로 도포가 되어 있어 이를 크롬 마스크라고 한다. 

네프코사의 크롬마스크

미세 패턴이 요구가 될경우에는 고 순도 Quartz를 쓰는것이 바람직하나 Mask의 가격이 올라가고, 반대로 소다라임은 Mask가격이 저렴하나 유리 내부에 불순물들이 많이 들어 있어 빛의 회절로 인해 고 밀도 패턴 제작이 어렵다.

UV 빛을 쬐어주는 장비는 노광장비(Stepper)라고 하며 대표적인 업체가 ASML이다. 최근에는 반도체의 미세화가 진행이 되고 있어 고밀도 패턴을 만들기 위해서도 노광장비의 성능이 중요하게 되는데 이를 위해서는 일반 자외선(UV)이 아닌 EUV(Extreme UV)를 조사해야 하는데 대당 장비 가격이 2천억~3천억원을 호가 한다고 알려졌다.  

#아이비과학 #아이비기술 #반도체 #포토공정 #감광액 #Photo_Resist #포토마스크 #EUV

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