포토리소그라피 공정 반도체 실험 과정과 결과물

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포토리소그래피(Photolithography)는 원하는 회로설계를 유리판 위에 금속패턴으로 만들어 놓은 마스크(mask)라는 원판에 빛을 쬐어 생기는 그림자를 웨이퍼 상에 전사시켜 복사하는 기술이며, 반도체의 제조 공정에서 설계된 패턴을 웨이퍼 상에 형성하는 가장 중요한 공정이다. Lithography는 라틴어의 lithos(돌)+graphy(그림, 글자)의 합성어인 석판화 기술로서 인쇄기술로 쓰이다가 현재는 반도체 노광 공정 기술을 통칭하는 이름으로 쓰이고 있으며 반도체 미세화의 선도 기술이다.
반도체 소자는 3차원 구조물이지만 CAD 등의 software로 복잡한 구조를 각각의 높이에 따라 2차원적인 레이어로 나누어 회로설계가 가능하다. 이러한 2차원 회로를 펜으로 일일이 그린다면 아주 많은 시간이 소요되겠지만, 그림 12에 표현 했듯이 마스크라는 하나의 원판을 정확하게 제작한 후 빛을 사용하여 같은 모양의 패턴을 반복하여 복사하면 짧은 시간에 소자의 대량 생산이 가능하다. 물론 포토리소그래피 공정만으로 3차원 구조가 만들어지는 것은 아니고 박막증착과 식각 등 여타 단위공정과 조합하여야 가능하며, 리소그래피 공정을 통해서는 선택적인 보호막을 형성하여 부분적인 식각이 가능하게 한다.

<그림 중략>

빛을 사용하여 노광하는 포토리소그래피 장비의 기본적인 형태는 사용되는 광학계에 따라서 결정되는데, 크게 나누어서 근접 노광 방식과 투영 노광 방식이 있다. 반도체 생산 초기에는 주로 밀착 노광(contact printing) 또는 근접노광(proximity printing) 방식을 사용하였는데, 이 두 방식은 마스크와 웨이퍼 사이의 gap 유무에 따라 구분되며, 일반적으로 마스크와 웨이퍼가 균일하게 밀착되어 일정한 양의 빛이 고르게 감광제(photoresist)와 반응하는 것이 기술의 핵심이다. 그러나 접촉식의 경우 감광제가 묻어남에 따라 마스크의수명이 짧아지는 단점이 있고, 근접 노광 역시 노광 중에 감광제에서 발생하는 gas로 인하여 분해능이 급격히 감소하고 재현성이 저하될 뿐만 아니라 해상도의 한계도 문제점으로 지적되었다.

참고 자료

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