이전 기사에서는 웨이퍼 제조, 산화 공정 및 집적 회로의 일부 역사를 소개했습니다. 이제 전자 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하는 포토리소그래피 공정을 계속해서 살펴보겠습니다. 포토리소그래피는 필름 카메라로 사진을 찍는 것과 비슷하지만 정확히 어떻게 작동하나요?

흑백 사진 현상과 유사한 포토리소그래피

일반적으로 "포토"라고 불리는 포토리소그래피는 포토마스크를 통해 패턴을 노출시켜 회로 디자인을 웨이퍼에 전사하는 프로세스에서 이름이 붙여졌습니다. 웨이퍼에 복제본을 만드는 것은 감광성 종이에 흑백 필름을 현상하는 것과 유사합니다.

회로 패턴이 점점 더 조밀해짐에 따라 고정밀 나노스케일 공정을 사용하여 칩 구성 요소도 줄여야 합니다. 이러한 더 미세한 회로 패턴을 생산하는 것은 포토리소그래피 공정에 크게 의존합니다. 따라서 칩의 크기가 작아짐에 따라 고정밀도와 첨단 포토리소그래피 기술이 필수적입니다.

웨이퍼에 회로 패턴을 그릴 준비

포토리소그래피 공정을 자세히 살펴보겠습니다. 첫 번째 단계는 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어(EDA)를 사용하여 웨이퍼에 그릴 회로 패턴을 설계하는 것입니다. 이 전자 회로 패턴의 캔버스에서 엔지니어는 반도체 칩의 통합 수준을 결정하는 정밀하게 설계된 레이아웃을 만듭니다.

사진 네거티브와 유사한 기능을 하는 포토마스크 만들기

크롬(Cr)을 사용하여 초순수 석영으로 만들어진 유리 기판에 미세 회로를 전사하여 회로 설계를 나타내는 포토마스크를 만듭니다. 레티클이라고도 알려진 포토마스크는 회로 패턴을 반영하여 사진 필름과 같은 기능을 합니다. 더 미세한 패턴을 얻기 위해 포토마스크는 회로 크기보다 훨씬 크게 설계한 다음 렌즈 광학을 사용하여 웨이퍼에 광학적으로 축소됩니다.

포토리소그래피 공정에는 코팅, 노광, 현상 단계가 포함됩니다.

1. 코팅: 웨이퍼 표면에 포토레지스트(PR) 층을 코팅합니다.

준비가 완료되면 다음 단계는 웨이퍼에 패턴을 그리는 것입니다. 먼저 빛에 민감한 포토레지스트(PR)층을 웨이퍼 표면에 고르게 도포한다. 이로 인해 웨이퍼는 사진 현상에 사용되는 감광지 역할을 합니다. 고품질의 정밀한 회로 패턴을 만들기 위해서는 포토레지스트 층이 얇고 균일해야 하며, 자외선에 대한 민감도도 높아야 합니다.

2. 노광: 빛을 이용하여 웨이퍼에 회로 패턴을 그린다.

스테퍼를 사용하여 포토마스크의 회로 설계를 자외선을 이용해 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼에 투영하고 전사합니다. 이 과정을 "단계별 반복 노출"이라고 합니다. 반도체 칩에 요구되는 높은 정밀도로 인해 노출 영역을 선택하고 정밀하게 제어할 수 있습니다.

3. 개발: 개발 과정을 통해 회로 패턴이 형성됩니다.

포토리소그래피 공정의 마지막 단계를 현상이라고 하는데, 이는 사진 현상 공정과 유사합니다. 이 단계는 웨이퍼의 회로 패턴의 최종 모양을 결정하므로 매우 중요합니다. 현상액을 웨이퍼에 분사하면 특정 영역을 선택적으로 제거하여 원하는 패턴을 만들 수 있습니다.

포토레지스트는 빛에 대한 반응에 따라 양성 또는 음성이 될 수 있습니다. 포지티브 포토레지스트를 사용하면 현상 중에 빛에 노출된 부분(노출된 부분)이 제거되고 노출되지 않은 부분은 남게 됩니다. 반대로, 네거티브 포토레지스트를 사용하면 반대 현상이 일어난다.

현상 단계가 완료되면 포토리소그래피 공정이 완료됩니다. 광학 현미경을 포함한 다양한 장비를 사용하여 웨이퍼를 주의 깊게 검사합니다. 모든 검사를 통과한 웨이퍼만이 다음 단계로 진행됩니다.

이 기사에서는 정밀한 회로 설계를 웨이퍼에 투영하는 포토리소그래피 공정을 소개했습니다. 이 시리즈의 다음 부분에서는 에칭 공정을 통해 불필요한 재료를 선택적으로 제거하여 웨이퍼에 원하는 회로 패턴을 만드는 방법을 알아보겠습니다.