반도체 8대 공정 포토 공정, 식각 공정

공부 출처는 삼성 반도체이야기를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

이번 글은 포토공정 , 식각공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

포토공정(Photo Lithography)

먼저 포토공정이란 웨이퍼 위에 회로 패턴을 만들어 넣는 기술인데 과정이 

필름카메라로 사진을 찍어 현상하는 방법이랑 동일하여 포토공정이라 부릅니다.

이 현상하는 과정을 간단히 설명하면 빛에 반응하는 물질을 얇게 바른 후 패턴 마스크를 올려두고 

빛을 가해 원하는 패턴을 새기는 형식입니다.

보통 이 패턴은 CAD를 통해 설계합니다. 이 패턴은 순도가 높은 석영을 가공해서 만든 유리판 위에 그려서 마스크로 만들어 집니다.

여기서 이 마스크는 웨이퍼의 크기보다 크게 제작하는데 이 이유는 나중에 빛을 가할 때 먼지의 영향을 축소하기 위함입니다. 

먼저 웨이퍼를 세척 후 감광액을 도포하기 위해 물기를 제거합니다.(Baking 과정) 

그후 웨이퍼에 빛에 반응하는 물질인 감광액을 도포합니다. 이 감광액은 PR(Photo Resist)라고 씁니다.

이 감광액은 Positive PR, Negative PR로 나뉩니다.

Positive PR은 빛에 노출된 부분이 화학적인 분해로 인해 현상액에 제거되고 

Negative PR은 빛에 노출되지 않은 부분이 현상액에 제거됩니다.

미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 감광막이 얇고 균일하며 자외선에 대한 감도가 높아야 합니다.

감광막을 균일하게 얻기 위해서 감광액을 웨이퍼에 놓은 후 웨이퍼를 회전시켜 회전력을 통해서 감광액을 도포합니다.

그 후 Soft bake를 통해 Solvent(PR 보관을 위해 빛에 반응하지 않는 용액)를 제거합니다.

그리고는 웨이퍼를 빛에 반응하게 하는 노광 작업을 진행합니다.

노광 작업 후에는 현상 작업입니다. 

현상 작업은 현상액으로 만약 Positive PR을 사용했다면 빛에 노출된 부분을 제거하고

Negative PR을 사용했다면 빛에 노출되지 않은 부분을 제거합니다.

 

식각공정

원하는 회로패턴을 구현하는 과정을 식각공정(Etching)이라고 합니다. 포토공정 후 회로를 제외한 부분을 깍아내는 과정이죠.

어릴 때 미술시간 때 해보았던 동판화 에칭과정과 비슷합니다.

동판화 에칭은 동판을 송곳으로 긁어내고 질산으로 부식을 하여 이미지를 만드는 과정입니다.

여기서 반도체 에칭은 송곳 대신 포토공정으로 부식 방지막을 형성하고 

질산 대신 액체(습식)나 기체(건식)으로 회로패턴을 제외한 부분을 제거합니다.

건식이 습식보다 비싸고 까다롭지만 좀 더 미세하고 정확하기 때문에 현재는 건식을 더 많이 사용합니다.

그리고 건식은 비등방성 습식은 등방성입니다.

https://www.el-cat.com/silicon-properties.htm

왼쪽이 비등방성 오른쪽이 등방성입니다.

이 건식 식각은 플라즈마 식각이라고도 합니다.

플라즈마 식각은 진공상태의 챔버에 Gas를 주입하고 전기 에너지를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 

이 플라즈마가 회로를 제외한 부분을 제거합니다.

플라즈마란 고체, 액체, 기체와 더불어 제 4의 물질상태로 불리는 상태입니다.

기체상태의 물질에 계속 열을 가해 만든 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체입니다. (네이버 지식백과 두산백과)

쉽게 말해 분자상태가 아니라 이온으로 분리된 상태입니다.

우주는 대부분 플라즈마 상태입니다.

이 플라즈마 식각은 웨이퍼 표면 식각의 균일도, 식각 속도, 식각비, 형상을 중요시 합니다.

여기서 식각비는 식각층의 식각속도/마스크 층, 하부 층의 식각속도 이고 식각비는 클수록 좋습니다. 

다음 글은 박막공정, 금속공정에 대해 알아보겠습니다!! ㅎ