*포토 리소그래피(Photo Lithography)
- > 반도체 웨이퍼의 표면에 패턴을 전사하는 과정
1. 웨이퍼 준비 : 웨이퍼를 세정하고 웨이퍼 표면에 photoresist가 잘 접착될 수 있도록 HMDS(Hexamethyldisilazane) 등의 프라이머 도포
2. 포토 레지스트 도포 : photoresist 용액을 스핀코팅으로 웨이퍼에 균일하게 코팅
3. 소프트 베이크(soft bake) : 90℃~100℃의 온도에서 솔벤트를 증발시키고 균일한 막을 형성
4. 마스크 얼라인 및 노광 : 원하는 패턴이 새겨진 크롬 마스크를 웨이퍼에 배치하고 자외선(UV) 또는 DUV(Deep Ultraviolet) 등의 광원을 조사
5. 현상( Development) : 현상액( NaOH or TMAH,Tetramethylammonium hydroxide)을 이용하여 현상하여 포토레지스트 종류에 따라 빛에 노출된 부분이 제거되거나 남음
6. 하드 베이크(hard bake) : 현상 후 포토 레지스트를 120~150℃의 온도에서 베이킹하여 안정화
7. 식각(Ethching)or 증착(Deposition) : 포토레지스트가 없는 노출된 웨이퍼의 표면을 에칭하거나 필요한 물질을 증착시켜 패턴을 형성
8. 포토레지스트 제거 (photoresist stripping) : 습식에칭이나 플라즈마를 이용하여 제거
<감광제, Photoresist(PR)>
- Negative PR : 빛을 받은 부분이 굳어져 제거되지 않음
-> 빛을 받은 부분이 폴리머들간의 cross-link결합에 의해 물질 자체가 경화되면서 반응성이 약해져서 용해되지 않고 남게됨
-> 상대적으로 저렴하고 PCB와 같이 높은 resolution을 요구하지 않는 공정에서 사용
-> Negative PR은 노광이후 cross-linking 된 폴리버 사이사이에 solvent침투가 일어남 현상과정에서 solvent를 흡수하게 되면서 PR이 부풀어오르는 Swelling현상 때문에 미세패턴 구현에 한계
- Positive PR : 빛을 받은 부분이 약해져 제거됨
-> 빝을 받으면 PR내에서 분자구조 상 보호기가 제가되면서 산이 발생하고 약알카리성 용액인 현상액과 만나면 산-염기 반응에 의해 빛을 받은 부분이 제거됨
-> Negative에 비해 resolution이 우수해서 반도체 제조공정에서 사용
- 미세패턴 형성을 위해 유리기판위에 Cr을 이용하여 회로 패턴을 그림
*사용되는 주요 화학물질
프라이머 : 포토레지스트가 균일하게 도포될 수 있도록 도와주는 물질. 웨이퍼 표면의 Si-OH(실록산)을 표함한 친수성 표면을 소수성으로 변환시켜 표면 친화성을 개선하고 접착력을 향상시킴
-> 실리콘 웨이퍼 표면의 Si-OH 그룹고 반응하여 Si-O-Si 결합을 형성하고 메틸그룹이 웨이퍼에 남아 웨리퍼 표면을 소수성으로 만듬 소수성 표면은 표면장력을 줄여 균일하고 정밀한 코팅을 가능하게 만듬
포토레지스트: EUV 리소그래피에서는 극도로 민감한 포토레지스트를 사용합니다. 이 포토레지스트는 노광 과정에서 화학적 변화를 일으켜 패턴을 형성합니다. 노광 후, 현상액으로 처리하여 불필요한 부분을 제거하게 됩니다.
-> photoresist가 가열 될 때 발생하는 화학적 부산물에 대해 ESC의 표면에 축적되지 않도록 해야함
현상액: TMAH(테트라메틸암모늄 수산화물)와 같은 알칼리성 현상액이 주로 사용됩니다. 이는 노광된 포토레지스트를 용해시키고, 고정되지 않은 영역을 제거합니다.
-> 질화물(AlN)의 경우 질소-금속 결합은 결합에너지가 높고 표면이 화확적으로 비활성 상태를 유지하는 경향이 있어서 강염기성 용액에 내식성이 강함.
-> 질화물은 일반적으로 강염기성 화학물질이 가지는 수산화이온(OH-)에 대한 수화반응에 강한 저항성을 가짐
식각액: 식각 공정에서는 다양한 플루오린화 화합물(SF₆, CF₄ 등)과 산성 식각제가 사용됩니다. 이들은 포토레지스트로 보호되지 않은 기판 부분을 화학적으로 제거합니다.
-> 플루오린화 화합물은 매우 강력한 부식성을 가지며 일반적으로 금속을 플루오린화물(F-)이온으로 변환시키나 알루미나의 경우 이온결합이 매우강해 내식성이 있고 고농도 산성 환경에서 반응이 발생할 수 있으나 반응이 매우느려 실질적으로 거의 없는 상태
클리닝 용제: 공정 후 클리닝 단계에서는 아세톤, IPA(아이소프로필 알코올) 등 다양한 유기용제가 사용됩니다. 이는 웨이퍼 표면의 잔여물이나 오염물을 제거하는 데 사용됩니다.
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