Photolithography

📘 Photolithography 전체 과정 (단계별 상세 설명)

1. Wafer Cleaning (웨이퍼 세정)

• 공정 전 웨이퍼 표면의 유기물, 금속, 파티클 등 오염을 제거합니다.

• 세정 방법:

  • RCA Cleaning (SC1/SC2)

  • Piranha Cleaning

  • Megasonic Cleaning

• 목적: 감광막의 균일한 코팅과 결함 최소화

2. Dehydration Bake (탈수 베이크)

• 오븐 또는 Hot Plate (120~150°C) 에서 10~20분간 열처리

• 웨이퍼 표면에 남은 수분 제거 → PR(감광제) 접착력 향상

• 경우에 따라 HMDS(Hexamethyldisilazane) 프라이밍 사용

3. Photoresist Coating (감광막 도포)

• Spin Coater를 사용하여 웨이퍼에 Photoresist(PR)를 도포

  • PR: 빛에 반응하는 고분자 물질 (양/음 감광제)

• 회전 속도 및 시간으로 두께 조절 (500~5000 rpm)

• 목표: 균일한 두께(수백 nm~수 µm)의 PR 형성

4. Soft Bake (프리베이크)

• 도포된 PR의 용매 증발 및 접착 안정화

• 일반적으로 Hot Plate에서 90100°C, 12분

• 결과: 패턴 전사 시 흐름 방지, PR 경도 증가

5. Mask Alignment & Exposure (정렬 및 노광)

• Photomask (크롬 패턴이 새겨진 석영 유리)를 이용

• Aligner 또는 Stepper를 사용하여 정렬

• 노광 방식:

  • Contact / Proximity / Projection 방식

• 광원 종류:

  • UV (365nm), Deep UV (DUV, 248nm or 193nm), EUV (13.5nm)

• 노광 원리:

  • Positive PR: 노광된 부분이 제거됨

  • Negative PR: 노광된 부분이 남고 나머지 제거

6. Post-Exposure Bake (PEB, 노광 후 베이크)

• 특히 DUV 또는 Chemically Amplified Resist(CAR)에서 중요

• 광반응 안정화 및 모서리 불균일성 해결 (Standing wave 제거)

7. Development (현상)

• PR 노광 후, 알칼리성 Developer (TMAH 등)를 이용해

  • Positive PR: 노광된 부분 제거

  • Negative PR: 노광되지 않은 부분 제거

• 현상기 (Developer Station) 사용

• DIW 린스 후 건조 (N₂ 블로우, Spin Dry 등)

8. Hard Bake (경화 베이크)

• PR 패턴의 내화학성, 내열성 강화

• 일반적으로 110~130°C에서 10~30분

• 이후 Etching 또는 Deposition 공정에서 PR 손상 방지

9. Etching (식각)

• PR로 덮이지 않은 부분을 식각하여 웨이퍼에 실제 패턴 생성

  • Dry Etching (RIE, ICP)

  • Wet Etching (액상 식각)

• PR은 마스크 역할을 하며, 식각 완료 후 PR 제거

10. Photoresist Strip (감광막 제거)

• Etching 후 남아있는 PR 제거

• 방법:

  • Solvent Strip (NMP 등)

  • Plasma Ashing (O₂ 플라즈마)

• 완전 제거 후, 다음 포토 공정 또는 박막 증착 진행
  
  

💡 참고 사항

• 공정 조건은 PR 종류, 설계 선폭(CD), 사용 파장의 종류에 따라 달라집니다.

• Sub-10nm 공정에서는 EUV 노광, CAR, 고굴절 렌즈, 다중패터닝 등이 추가됨.

• 클린룸 Class 10~100 수준의 청정 환경 유지가 필수