세부적인 순서를 나타내면 다음과 같다.
1. Vapor prime
산화되어 친수성이 된 웨이퍼(원래는 소수성)를 소수성으로 만들어주는 과정
1-1. Dehydration Bake
: 웨이퍼에 남아있는 수분을 제거해 주는 과정.
일반적으로 물의 비등점(끓는점) 이상의 온도(150 ~ 200 ℃)에서 가열하여 물리적으로 결합되어 있는 물 분자의 일부가 제거된다. 이 과정은 생략되기도 한다.
1-2. HMDS
: 일반적으로 100 ℃ 내외에서 진행되며 Dehydration Bake에 의해서도 제거되지 않았던 물리적으로 결합된 여분의 물 분자와 화학 결합된 hydroxyi기(OH)가 화학반응에 의해 제거된다.
2. Spin Coating
: spin coater위에 놓인 웨이퍼에 PR을 떨어트린 후 coater를 회전시켜 코팅하는 과정.
spin coater의 회전속도(rpm)에 따라 코팅되는 PR의 두께가 달라진다.
rpm이 빠를수록 PR이 얇게 퍼진다.
※ PR이 웨이퍼 전반적으로 일정한 두께를 가져야 좋지만 보통 웨이퍼 가운데와 가장자리가 두껍게 도포된다.
EBR
: PR이 두껍게 도포된 웨이퍼 가장자리에 신너 용액을 분사하여 두께를 일정하게 만드는 과정. (PR이 굳기 전)
3. Soft Bake
: PR의 구성 물질인 solvent가 이후 노광 공정 과정에 영향을 끼치므로 이를 제거하기 위한 공정.
트랙 장비내 오븐에서 약 100 ℃ 정도로 웨이퍼를 적외선에 노출시켜 2 ~ 3분 정도 굽는다.
PR 내에 약 80 ~ 90wt%(질량 퍼센트) 정도 함유되어 있던 solvent가 이 과정에서 열에너지에 의해 거의 대부분 제거되어 고형의 PR 필름만 남게 된다.+ PR이 굳게 하여 웨이퍼에 잘 붙게 한다.+ PR내 결속 구조를 튼튼하게 하여 현상 시 패턴 형성 부분에 PR이 손상되지 않게 한다.
4. Align and Exposure
: 마스크를 웨이퍼 위에 정렬한 뒤, 빛의 세기와 노출 시간을 조절하여 마스크 상의 회로 패턴을 전사하는 공정.
그 방식은 접촉 → 근접 → 투영 → 액침으로 발전했다.
○ 접촉: 장비 구조가 가장 간단하며 해상도가 매우 높다.
웨이퍼와 마스크를 집적 접촉시켜 초점을 맞출 필요가 없기 때문에 DOF에서 자유롭다.
그러나, 웨이퍼 상 파티클(먼지)이 많아지고 마스크에 눌려 감광막이 변형되어 마스크의 마모가 쉽게 발생한다.
또한, 선 폭의 고도화를 대응할 수 없다는 단점이 있다.
○근접 투영: 감광막과 마스크 사이를 약간 띄우는 방식.
빛이 마스크를 통과한 직후 빛의 회절 현상이 발생해 감광막 위에 맺히는 마스크 형상의 초점이 맞지 않는다.
마스크와 웨이퍼 사이 거리가 멀어질수록 더 흐려진다.
○ 투영 전사: 웨이퍼와 레티클(마스크) 간 거리를 충분히 확보하는 방식.
거리에 반비례하여 해상도가 불량해지고 초점이 맞지 않게 된다.
- 광원을 출발한 빛은 레티클(마스크)에 도달하기 전에 사방으로 직진하며 퍼진다.
→ 노광 공정에서 초점 심도가 주요 변수이므로 렌즈를 사용하여 빛을 모아 주어야 한다.
- 그 후 빛은 레티클의 미세 회로 패턴을 통과하면서 회절 현상에 의해 다시 퍼지게 된다.
→ 다시 렌즈를 사용하여 빛을 모아준 후, 정밀하게 초점을 맞춰 웨이퍼 위 박막 표면에 이지를 그린다.
○ 습식 노광
일반적으로 렌즈와 웨이퍼 사이에 존재하는 공기를 이용하는 것이 건식 포토 방식이다.
→ 공기 대신 물 혹은 빛의 굴절률을 높일 수 있는 용액을 채워 공정을 진행하는 방식.
물(DI - W)의 굴절률 = 1.44로 공기(1)보다 약 40% 향상된 것을 볼 수 있다.
※ Align 불량 시 발생 가능한 문제점
- 저항 증가 (contact & metal, contact & source / drain의 접촉 면적이 감소함에 따라 저항이 커진다)
5. PEB (Post Exposure Bake)
: 노광 직후 PR 부분은 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분으로 구분되며 정재파가 생긴다.
→ PEB 공정을 진행하는 온도는 PR의 유리 전이 온도를 고려하여 설정하여 PR속 PAC(빛 활성제)를 활성화시켜 정재파를 없애준다.
※ 정재파: 노광시 빛의 간섭에 의해 감광 계면에 결이 발생한 것.
※ 유리 전이 온도(Tg): 고분자일 때 갖는 온도로, 유리상태(고체 상태이지만 결정구조가 아닌 비결정 상태이며 유동성이 없음)에서 고무상태(고체상태, 유동성이 있음)로 전이되는 시작점
단분자의 경우 고체 → 액체 → 기체의 상변화를 갖으며 유리 전이 온도가 없다. (녹는점, 끓는점)
ex) T > Tg: PR분자들의 유동성 향상(overexposed / underexposed 분자들을 재배치하여 노광 공정의 해상도 향상)
WEE
: EBR과 달리 노광까지 마치고 PEB 실시 후 웨이퍼 가장자리에 남아있는 PR을 제거하는 공정이다.
웨이퍼 윗면만 실시한다.
6. Develop
: 알칼리 수용액을 사용하여 화학반응을 일으켜 제거하고자 하는 PR을 제거하는 공정.
현상되지 않고 남아있는 PR은 식각 공정시 하단부 필름을 보호하는 역할을 한다.
현상된 찌꺼기는 회전세척을 하여 린스(DI - W)로 제거한다.
7. Hard Bake
: soft bake보다 높은 온도(120 ~ 140 ℃)로 bake하는 공정 과정.
남아있는 solvent를 증발시키고, PR - 웨이퍼 간 결속력을 높여준다. (식각 시 PR이 제거되지 않도록 한다)
+ 린스 시의 DI - W를 말리는 역할을 한다.
8. Develop Inspection
: 식각 공정 전 미세 회로 패턴을 검사하는 공정.
※ 포토 공정은 모든 공정 중 유일하게 재작업이 가능하다. (필요시 감광막을 제거할 수 있다)
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