반도체 8대공정- 3. 포토공정

반도체 8대 공정

 

1. 웨이퍼 제작 (둥근 원판제작)

2. 산화 공정 (웨이퍼 표면에 산화막 형성)

3. 포토 공정 (반도체 회로 그려넣기)

4. 식각 공정 (불필요한 부분 깎아내기)

5. 확산,증착 (불소, 인, 비소 등 불순물 투입)

6. 금속배선 (회로패턴 따라 금속선 연결)

7. 테스트 (불량품 검사) 

8. 패키징 (반도체 보호를 위한 포장)

 

반도체 8대 공정

반도체 공정별 비중

반도체 공정별 비중

식각, 세정이 가장 높은 26%, 증착이 20%, 노광이 19% 순으로 이뤄짐.

 

순서대로 공부를 해보자.

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포토공정의 포토란

사진을 찍는다는 뜻

사진을 찍는단계

말그대로

카메라 필름을 보면 

사진사가 필름에 빛을 쏴서

인화해서 뽑아줬음.

 

포토공정이

필름에 빛을 쏴서 인화를 하는 것과

비슷한 원리로 진행되기 때문에

포토공정이라고함.

 

산화공정에서

산화막이 덮인 웨이퍼에

감광액이라는 빛에 반응하는 물질을 발라줌

그다음

아주 미세한 회로도가 그려진 마스크라는 판을

웨이퍼 위에 올려놓음.

그다음 사진사가 빛을 쏴서 인화하듯

사진을 찍듯이 자연스럽게 자외선 빛을 쏴주면

웨이퍼 표면에 마스크에 그려진 회로에 따라서

회로가 그려지는것

 

마스크라고 하는 미세한 회로도가 그려진 판을

웨이퍼 표면에 사진을 찍는것처럼

찍어주게 되는 것.

 

웨이퍼 위에 작은 판들이 있는데

저 하나하나의 마스크를 통해서

회로를 그려주는 것

포토공정, 마스크

포토공정

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위와 같이 Rough하게 이해가 됐다면 이제 자세히 들여다보자.

 

포토공정

- 포토공정은 반도체 미세화 과정에서 회로를 그려 넣는 공정

- 반도체 제조 공정 중에서 증착, 식각 공정과 매우 중요한 공정 중 하나

- 증착이나 식각 등의 공정에서 거의 대부분 사용이 동반되는 공정.

- 미세회로 패턴 형성은 포토 공정에 의해 결정됨.

 

포토공정

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포토공정 순서 들어가기 전에 마스크에 대해 자세히 알아보자.

마스크

마스크는

1. 블랭크 마스크

2. 펠리클 

두개가 있다.

 

1. 블랭크마스크

블랭크 마스크

- 블랭크 마스크: 반도체 회로가 찍혀 있지 않은 빈 필름. 반도체 회로 도화지라고 이해하면 됨.

- 블랭크 마스크의 원재료는 쿼츠

- 쿼츠를 통해서 블랭크 마스크를 만듦 (국내 에스엔에스텍)

- 삼성전자 ,하이닉스가 이걸 받아서 회로를 그려서 포토마스크를 만듦.

- 그리고 반도체를 찍어내는 것.

 

관련기업

- SKC (자회사인 SKC솔믹스가 생산)

- 에스앤에스텍

 

2. 펠리클

- 포토마스크를 이물질로부터 보호하는 소모성 소재. 

- 펠리클 교체주기 2~3주, 샘플 가격 장당: 5천만원, 향후 대량생산으로 3천만원.

- 포토마스크는 매우 비싸기 때문에 (약 5억) 이를 보호하기 위해 펠리클을 사용하는 것.

- 펠리클을 채워서 먼지가 포토마스크에 붙지않고 펠리클에 붙게 하는 역할

펠리클

관련기업

- 에스앤에스텍

- 에프에스티

 

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포토공정 순서

1. PR (감광액) 도포

2. 노광

3. 현상

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1. PR (감광액) 도포

- 사진 현상과 같이 웨이퍼를 인화지로 만들어주는 작업

- 웨이퍼 위에 빛에 반응하는 감광액 (Photo Regist / PR)을 도포.

- PR 두께를 균일하게 도포해주어야 함.

- PR을 웨이퍼 위에 떨어뜨려서 돌려가면서 균일하게 도포

PR Coating

 

PR도포

- 그러면 웨이퍼, 산화막, 감광액 이순으로 쌓이게 됨

PR은 3가지 재료로 구성 됨.

1. Solvent : Resin(Polymer)을 녹여 액체 상태로 만드는 용매 역할을 하며 점도를 결정함.

2. Resin (Polymer) : 단위 분자가 수천 개씩 결합한 상태로 현상 후 패턴으로 남아있는 resist의 실체

3. PAC: (Photo Actice Compound): sensitizer라고도 불리며, 현상 공정에서 resin을 녹게하거나 녹지 않게 하는 역할을       함. PAC의 반응에 따라 Positive PR, Negative PR로 나눌 수 있음.

 

- 선폭의 굵기에 따라 krf, arf, arfi, euv 로 나뉨 (뒤로갈수록 얇아짐)/ 이렇게 다양한 PR 있음.

 

KRf : 광원파장: 248nm, 선폭: 90nm 이상 (주로 낸드플래시에 사용)

ArF: 광원파장: 193nm, 선폭: 65nm~32nm

ArFi: 광원파장: 38nm, 선폭: 28nm~7nm

EUV: 광원파장: 13.5nm, 선폭: 7nm 이하

 

- 노광 기술별 파장이 다르고 그에 따라 적용되는 반도체의 사이즈나 nm가 결정됨.

- 선단공정 (하이엔드공정)에선 EUV가 쓰여서 차세대로 주목받으나 KrF나 ArF도 꾸준히 계속 사용될 것.

 

관련기업

PR Coating 장비업체

국내: 세메스, 코디엠 (감광액 도포장비)

글로벌: TEL (일본)(대장), AMAT (미국)

 

PR 소재 업체

 

Krf PR

국내: 동진쎄미켐

 

Arf PR

글로벌: Tok, JSR

국내: 동진쎄미켐, SK머티리얼즈

 

EUV PR

국산화 노력

동진쎼미켐, SK머티리얼즈, 디엔에프

 

EUV PR 재료 (모노머류, 폴리머류) 

- 이엔에프테크놀로지

- 경인양행

 

ArF PR 재료 (모노머와 폴리머(모노머가 연결된 분자가 폴리머))

국내: 이엔에프테크놀로지

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2. 노광 공정 (장비 규모 가장 큰 시장, EUV때메 계속 커지는 시장)

- 회로 패턴이 담긴 포토마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 찍는 작업

- 이게 광원이 원래 직접 쏴지는게 아니고 빛이 반사반사 반사 돼서 쏴주게 됨. 

- 현재 EUV 장비는 연간 40대만 생산 가능. TSMC가 20대 가져감. 삼성전자가 13대 가져감.

  나머지 7대가지고 인텔, SK하이닉스, 마이크론 등이 경쟁

노광공정

관련기업

네덜란드의 ASML이 독점하던 시장

 

관련 국내기업:

- 오로스테크놀로지 (오버레이 장비/ 웨이퍼 회로 패턴의 정렬 상태 검사하는 장비)

  EUV 한대당 1.5대 연관해서 팔림, 나중엔 한대당 3대까지 증가 가능. (D램, 시스템 반도체, 낸드에도 다 쓰임)

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3. 현상 공정

- 웨이퍼에 현상액을 뿌려서

- 노광된 영역 (Positive) (빛에 노출된 영역)/ 노광되지 않은 영역 (Negative)을 선택적으로 제거해 회로 패턴 현성

- 빛을 흡수한 감광액과 빛을 흡수하지 않은 감광액을 

현상공정

양성 (Positive): 빛이 쏴준 곳에 현상액 뿌려서 깎는 것. 

음성 (Negative) : 빛이 쏴주지 않은 곳에 현상액을 뿌려서 깎는 것.  

 

 

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기타 관련기업

- 피에스케이: PR Strip 장비 (포토공정에서 남은 포토레지스트 찌꺼기를 제거하는 장비, 수율을 높이고 식각에 도움)글로벌 1위기업