포토 공정 1 — Photo 공정의 역할

정의

• 포토 공정은 회로 설계한 마스크에 규격화된 빛을 이용하여 웨이퍼 위에 이미지 패턴을 전사시키는 공정

 

🎯 목적

 

• 반도체 기판에 회로를 형성
• 정확한 위치, 정확한 모양과 크기를 구현해야 하며 이물질 유입이 없어야 함

 

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📘 Photo Process의 이해

 

공정 순서:

Coating → Expose → Develop

 

 

1️⃣ Coating (도포)

 

• **PR(Photoresist)**을 Wafer에 도포
• 순서별 세부 단계:
  • HMDS 처리 : Wafer와 PR의 접착력 향상
    • 웨이퍼 표면을 소수성으로 바꿔주어 PR 도포시 PR의 접착력을 증가
  • BARC 처리 : 빛의 난반사로 인한 패턴 불량 방지
    • Bottom Anti-Reflective Coating
  • PR Coating : 감광제(PR) 도포
  • SOB 처리 : PR 구성 화합물의 균일 확산
    • Solvent가 차지하는 비중이 많으면 에치 공정에서 유기박막의 물성 자체가 약해지기 떄문에, 이를 단단하게 해주기 위한 공정
  • TARC 처리 : Immersion 공정 시 물의 침투 방지
  • WEE 처리 : Wafer Edge 오염 방지 (Edge 영역 노광)

 

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2️⃣ Expose (노광)

 

• Wafer Align : Wafer와 장비 위치 정렬
• Wafer Leveling : Lens와 Wafer 간 Focus 조정
• MASK 정렬 후 노광(Exposure)

 

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3️⃣ Develop (현상)

 

• PEB(Post-Exposure Bake) : 노광 후 화학 반응 경계 명확화
  • 필요성: Standing Wave effect으로 인해 경계부문이 우는 현상이 발생 → Contrast↓
    • 노광 시 입사광과 반사광이 서로 결합하여 Standing Wave 형성 
  • 해결: PR 내부에 PAC를 활성화시켜 확산시켜줌으로써 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분의 Selectivity 높여줌
• DEV(현상) : 용해도 높아진 영역 제거
• 확인 단계
  • CD(Critical Dimension) : 패턴 크기 측정
  • Overlay : 패턴 위치 정렬 확인
    • Image Based Overlay (IBO)
    • Diffraction Based Overlay (DBO)
    • Incell : 식각 후 Cell 패턴 직접 확인
  • Inspection : Defect 발생 유무 검사

 

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🏭 Photo 장비의 종류

장비명기능

Track	Coating 및 Develop 공정 수행
Stepper / Scanner	Expose(노광) 공정 수행
In-line	Track + Scanner 결합 구조, Transfer 모듈로 연결

 

효과

 

• 동선 단순화로 생산성 향상
• 노광~현상 간 대기시간 일정화 → Wafer 간 CD 차이 최소화

 

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💡 Scanner의 광원 종류

광원파장(nm)구분

i-line	365	중간 해상도
KrF	248	고해상도
ArF	193	매우 고해상도
EUV	13.5	초미세 패턴 구현 가능

 

**Resolution(해상도)**는 파장에 의해 결정됨 → Rayleigh Criteria

 

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⚙️ Photo에 사용되는 소재

 

 

🧱 MASK (Reticle)

 

• 실제 Wafer에 새겨지는 크기의 1/4 축소 패턴
  • 이유: Particle 영향 감소, 제작 비용 절감
• 구성:
  • Substrate(Glass)
    • Sodaline (저가, 다결정)
    • Quartz (고가, 단결정)
  • Pattern
    • Emulsion (필름, 잘 벗겨짐, 저가)
    • Cr (Hard Mask, 내구성 높음, 고가)
• Blank: Substrate에 코팅만 된 상태
  • Binary Blank: Non-Critical 공정용 (I-line, KrF)
  • HTPSM Blank: Critical 공정용 (ArF, Gate/Metal line 등)
• UV, DUV - 투과형 마스크
• EUV - 반사형 마스크(∵단파장 → 대부분의 에너지가 마스크에서 흡수)

 

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🫧 Pellicle

 

• MASK 패턴면 위에 얇고 투명한 보호막
• Particle 부착 방지
• Particle이 붙더라도 초점심도 밖 → Wafer 영향 없음
• 단, 입자 크기가 한계 이상이면 결함 유발

 

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🧴 PR (Photoresist)

 

MASK를 통해 빛을 선택적으로 받아 노광된 영역과 비노광 영역을 구분하도록 하는 고분자 화합물

 

구성

• Resin
• PAC or PAG
• Solvent

 

 

1️⃣ 광원에 따른 분류

 

• 용해억제형 : 빛을 받은 영역 → 잘 녹는 화합물로 변함
• 화학증폭형 : 빛 → 산 발생 → Bake 과정 중 산에 의해 용해도 변화

 

 

2️⃣ 화학반응에 따른 분류

구분특징

Positive PR	빛이 닿은 부분 용해도 증가 → 제거됨 Resolution, Step coverage, 열적 안정성 우수
Negative PR	빛이 닿은 부분 경화 → 제거되지 않음 산화막에 대한 접착도 우수