세상에서 가장 쉬운 반도체공정 설명 Step.2 - 노광(포토)공정편
반도체를 만드는 과정은 8단계로 나눌 수가 있어요. 순서대로 나열하면, 웨이퍼제조 > 산화 -> 포토 > 식각 > 증착 > 금속배선 > 테스트 > 패키징입니다. 이중 오늘 살펴볼 것은 '포토'공정입니다. 웨이퍼제조는 실제로 반도체공장에서 하는 것이 아닌 만들어져서 나오기 때문에 패스하기로 해요.
반도체를 만드는 방향은 블록을 쌓듯이, 아래에서 위로 쌓아가는 식으로 만듭니다. 테스트와 패키징 공정을 후공정이라 하는데요. 이 두 공정을 제외한 앞선 공정을 전부 전공정이라 부릅니다. 전공정에 대해서 이것만 기억하기로 하죠. 필요한 부분은 물질로 씌우고 필요없는 부분은 깎는 것이라고요.
노광(포토)공정 :
반도체의 노광공정은 말 그대로 빛에 노출을 시키는 것을 의미해요. 빛에 노출을 시켜서 회로를 그리는 거죠. 즉, 반도체의 그림을 빛(광원)으로 그리는 겁니다. 포토공정에서의 광원은 희귀가스인 네온(Ne)을 주재료로한 엑시머 레이저로 사용합니다.
1. 감광액(포토레지스트) :
그런데, 문제가 있어요. 반도체 표면에 빛만 쏴줘서는 안되겠죠. 반응을 잘하는 물질을 발라줘야 더 빠르고 정확하게 회로를 새길 수가 있습니다. 이것을 감광액이라고 하는데요. 감광이란 느낄 감(感), 빛 광(光)이라 하여 뜻 그대로 빛을 느끼는 액체입니다. 영어로는 포토레지스트(Photoresist, PR)라 부릅니다.
여기서 감광액은 양성(Positive)와 음성(Negative)로 나뉘는데요. 빛에 어떻게 반응하는지에 따라 분류하는 것인데요. 양성 감광액은 노광되지 않은 영역을 남기고, 음성 감광액은 노광된 부분을 남깁니다. 쉽게 말해 빛을 쐈는데, 맞은 부분이 사라지면 양성, 맞은 부분은 살아있고 안맞은 부분이 사라졌다면 음성인 것입니다. 이 과정을 우리가 알고 있는 현상(develop)이라 부릅니다.
2. 포토마스크 :
감광액(포토레지스트)을 뿌리고 빛을 쏘면 어떻게 될까요? 감광액을 뿌렸기 때문에 빛에 반응을 잘 하겠지만 번질 위험이 있어요. 그래서, 마스크라는 것을 씌워줘요. 붕어빵기기를 생각하면 되요. 붕어빵마스크에 그대로 물질을 부어주면 붕어빵 모양이 그대로 찍어나오듯이 말이죠. 반도체에서는 이것을 '포토마스크'라부릅니다. 여기서 빛을 모아주는 역할을 하는 렌즈까지 포함하면 정확히 회로를 그릴 수가 있게되는거죠.
여기다 빛을 쏴주면 되는데, 얼마나 이 빛의 파장이 좁고 강력한지에 따라 집적회로도를 그리는데 차이가 나겠죠. 노광장비로 대표적으로 알려진 것이 DUV(Deep Ultra Violet : 파장 193nm)가 있죠. 이보다 훨씬 파장이 짧은 네덜란드 ASML회사의 EUV(Extream Ultra Violet : 파장 13.5nm)장비가 가장 하이앤드노광장비로 현재까지 알려져있습니다.
산화공정에서는 웨이퍼를 한 번에 일괄적으로 처리 할 수 있었죠. 하지만, 노광공정에서는 하나 하나 섬세한 작업이 필요하기 때문에 시간도 훨씬 많이 걸리고 가격도 산화공정 대비 12배 이상 비싼 것으로 알려져있어요. 노광(포토)공정은 반도체회로를 직접 그리는 공정이기 때문에 정말 중요하다고 할 수 있죠.
다음은 식각공정으로 찾아오겠습니다 :)