포토공정의 경우 반도체 8대 공정 중 회로를 형성하는 첫 단추인만큼 매우 중요한 공정입니다.
지난 글에서 반도체 소자를 만드는 것을 그림에 비유하였었는데요, 웨이퍼와 산화공정이 도화지를 만들어낸 과정이었다면, 포토공정은 스케치라고 할 수 있습니다.
최근 반도체관련 산업으로 EUV가 주목을 받는 것도 이 포토공정이 고도화되면서 필요한 부분이기 때문인데요, EUV는 Extreme Ultraviolet, 즉 극자외선을 사용하는 공정으로 더 미세한 패턴을 만들기 위한 기술입니다.
포토리소그래피
포토리소그래피란 반도체 뿐만아니라 디스플레이에서도 동일하게 사용하는 공정으로 앞서 말씀드린 것처럼 웨이퍼 위에 회로를 스케치하는 기술입니다.
마치 예전 필름카메라처럼 사진을 인화하듯 원하는 그림, 즉 패턴을 그려내는 공정으로 빛을 사용하게 됩니다.
공정의 순서는 먼저 앞에서 준비한 웨이퍼를 깨끗하게 세정한 뒤 감광액을 도포하게 됩니다.
감광액은 PR(Photo Resist)라고 불리는 탄소 기반의 용액인데, 빛을 비추게 되면 비춘 부분만 경화가 되고 다른 부분은 그대로 흐물흐물한 상태로 남는 액체입니다.
눈치채신 것처럼 웨이퍼 위에 감광액을 전면 도포한 뒤에, 남기길 원하는 부분만 빛을 쬐여서 감광액이 경화되도록 만드는 것입니다.
그렇게 경화가된 부분을 제외하고는 현상액이라는 다른 용액을 통해 경화되지 않은 부분을 씻어내게 되는데요, 이러한 과정을 거쳐 우리가 원하는 부위만 패턴을 남겨내는 공정입니다.
따라서 마치 빛으로 그림을 그려내는 공정으로 이해할 수 있으며 이를 포토 공정이라고 합니다.
위에서 원하는 부위만 빛을 주기 위해서는 포토 마스크라는 것을 사용하게 되는데요, 즉 빛이 닿기를 원하는 부위만 제외하고 나머지를 가려주는 마스크를 제작하고, 그 마스크 위에서 전면에 빛을 쬐게 되는 원리입니다.
마치 도장을 찍어내듯 마스크와 전면 조사가 가능한 램프로 반복적으로 웨이펑 위에 동일한 그림을 그려낼 수 있습니다.
EUV
그럼 반도체 분야에서 핫한 EUV는 왜 중요한 것일까요. 반도체 설비 회사인 네덜란드의 ASML은 이 EUV 장비만으로도 대당 수천억원에 삼성전자 및 TSMC 등 글로벌 반도체 제조회사들에게 판매하고 있습니다.
말슴드린 것처럼 EUV는 극자외선을 줄여부르는 말인데, 기존의 포토 공정은 그냥 자외선영역을 사용했었습니다.
예를들면 i-Line, ArF, KrF 등인데, 이 자외선들의 파장이 다 다릅니다.
i-Line의 경우 365nm의 파장을, KrF는 248nm, ArF는 193nm의 파장을 가진 빛입니다. 이 빛들을 보아도 파장이 점점 작아지는데요, 간단히 이해하자면 사용하는 빛의 파장이 짧아질수록 형성할 수 있는 패턴의 최소선폭도 작아지게 됩니다.
즉 반도체 소자 성능이 발전할수록 더 작은 미세 패턴을 형성하는 공정이 요구되며, 기존의 파장으로는 한계에 도달하자, EUV라는 더 짧은 파장의 빛을 사용하게 되는 것입니다.
다만 이 EUV라는 파장을 만들고 제어하는 것이 기술적으로 매우 어려운 부분이기에 각광받고 있는 것입니다.
