[반도체 공정] 포토 공정(Photolithography 2)

지난번 포토 공정(Photolithography 1)에 이어 노광(Exposure) 후에 과정들을 살펴보겠습니다.

 https://sweetsangil-3158.tistory.com/8

*현상(Develop)

노광이 끝나고 난 다음 순서는 현상(develop)을 할 차례입니다. 현상이란 노광으로 화학적 반응이 일어난 PR을 제거하는 과정입니다. 만약 Positive PR을 사용했다면, Mask(마스크)를 통해 노광된 부분이 제거되는 것이며, Negative PR을 사용했다면, Mask(마스크)에 의해 노광되지 않은(가려진) 부분이 제거되는 것입니다. 

현상 후의 단면

 

*하드 베이크(Hard bake)

 Hard bake란 잔여 용제(remaining solvent)를 제거해 주기위해 시행합니다. 또한, 기판과 PR의 접착력을 강화시키고 Pin hole을 제거하기 위함입니다. Pin hole이란 작은 구멍을 말하는 데요, Photo 공정을 거치며 생긴 이 구멍이 Hard bake를 거치면서 열에 의해 구멍이 메꾸어지는 것입니다. 

*패턴검사

 이제 Photo공정이 끝났습니다. 그러면 패턴이 제대로 그려졌는지 확인을 해야겠죠? 하지만 이러한 패턴은 아주 작기 때문에 육안으로는 자세히 확인하기 어렵습니다. 그냥 눈으로 봤을 때는 무슨 모양이 있구나 정도로만 보일 뿐이죠. 따라서 주사전자현미경(SEM)을 이용하면 관찰할 수 있는데요. SEM의 원리는 간단합니다. 먼저 기판 표면에 전자빔(Electron beam)을 쏴줍니다. 그리고 이 전자빔을 받은 기판 표면의 2차전자들이 반응을 하는 데요. 이것을 감지하여 이미지형태로 우리에게 보여주는 것입니다.

*오버레이(Overlay)와 임계크기(Critical dimension)

 Photo 포토 공정에서 중요한 이슈들이 존재합니다. 바로 Overlay(오버레이)와 Critical dimension(임계크기)인데요. 

먼저 Overlay 오버레이부터 설명해 드리겠습니다. Overlay 오버레이란 기판의 층들이 위아래로 얼마나 잘 정렬이 되어 있느냐를 말하는데요. 하나의 반도체 device를 만들기 위해서는 여러 층들이 쌓이면서 만들어집니다. 이때 이 각각의 층들이 얼마나 잘 정렬이 되어 있는지가 Overlay(오버레이)입니다. 이를 위해 Mask(마스크) 가장자리에 자세히 보면 십자가 모양의 Align key가 그려져 있습니다. 이 Align key를 이용하여 기판과의 정렬(Alignment)을 맞추는 것이지요.

그다음 임계크기 Critical dimension(CD)에 대해 설명해 드리겠습니다. 임계크기(CD)란 패턴의 폭을 말합니다. 즉 위의 그림에서 현상(Develop)된 PR들 사이의 거리를 의미합니다. 이 CD의 크기가 일정해야 정확하고 미세한 패턴형성이 가능합니다. 또한, 일정할 뿐만 아니라 CD의 크기가 작을 수록 훨씬 더 미세한 패턴 형성이 가능합니다. 

오늘은 노광(exposure)과정 후의 현상(develop)과 하드베이크(hard bake)과정에 대해 알아보았습니다. 또한 photo 공정의 중요 이슈와 지표인 Overlay와 CD에 대해서도 알아보았는데요. 다음 포스팅에서는 그려진 PR을 토대로 PR이 없는 SIO2를 깎아내는 에칭(Etching)공정에 대해 알아보도록 하겠습니다.