포토리소그래피

포토리소그래피 (Photolithography)는 반도체 소자, 집적 회로, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 등의 미세 구조물을 제작하는 데 사용되는 핵심 공정 기술 중 하나이다. 광 리소그래피 또는 광 식각이라고도 불린다. 빛을 이용하여 웨이퍼 또는 기판 위에 특정 패턴을 형성하는 기술로, 사진술과 유사한 원리를 이용한다.

개요

포토리소그래피 공정은 감광 물질 (Photoresist)을 웨이퍼 표면에 도포한 후, 마스크 (Mask)라고 불리는 패턴이 새겨진 도구를 통해 빛을 조사하여 감광 물질의 화학적 성질을 변화시킨다. 이후 현상 (Development) 과정을 통해 빛에 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분을 제거하여 웨이퍼 위에 마스크의 패턴을 전사한다. 이렇게 형성된 패턴은 후속 공정인 식각 (Etching), 증착 (Deposition), 이온 주입 (Ion Implantation) 등의 공정에서 마스크 역할을 수행하여 웨이퍼에 원하는 미세 구조를 만들 수 있도록 한다.

주요 공정 단계

1. 웨이퍼 준비 (Wafer Preparation): 웨이퍼 표면을 깨끗하게 세정하고 건조시킨다. 필요에 따라 접착력 향상을 위한 전처리 과정을 수행하기도 한다.

2. 감광액 도포 (Photoresist Coating): 웨이퍼 위에 감광액을 균일하게 도포한다. 스핀 코팅 (Spin Coating) 방법이 주로 사용된다.

3. 소프트 베이크 (Soft Bake): 도포된 감광액의 용매를 증발시키고 균일한 막 두께를 얻기 위해 낮은 온도에서 열처리한다.

4. 노광 (Exposure): 마스크를 통해 웨이퍼에 빛을 조사하여 감광액의 화학적 성질을 변화시킨다. 노광 장비는 광원, 렌즈, 마스크 정렬 시스템 등으로 구성된다.

5. 노광 후 베이크 (Post-Exposure Bake, PEB): 노광 과정에서 발생한 잠상을 더욱 명확하게 하기 위해 열처리한다. (일부 감광액에만 해당)

6. 현상 (Development): 현상액을 사용하여 빛에 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분을 선택적으로 제거한다.

7. 하드 베이크 (Hard Bake): 현상된 감광액 패턴을 더욱 단단하게 만들고 후속 공정에서의 내성을 높이기 위해 높은 온도에서 열처리한다.

8. 식각 (Etching): 감광액 패턴을 마스크로 사용하여 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 제거한다. 습식 식각 (Wet Etching)과 건식 식각 (Dry Etching) 방법이 있다.

9. 감광액 제거 (Photoresist Stripping): 식각 공정이 완료된 후, 남아있는 감광액을 제거한다.

응용 분야

포토리소그래피는 반도체 산업뿐만 아니라, 디스플레이, MEMS, 바이오칩 등 다양한 분야에서 미세 패턴을 형성하는 데 널리 사용된다. 최근에는 나노 기술의 발전과 함께 더욱 미세하고 정밀한 패턴을 형성하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

관련 용어

• 감광액 (Photoresist)
• 마스크 (Mask)
• 식각 (Etching)
• 노광 (Exposure)
• 현상 (Development)
• 스핀 코팅 (Spin Coating)
• 습식 식각 (Wet Etching)
• 건식 식각 (Dry Etching)