노광 - Alignment/Exposure 정렬과 노출 (1). 노광법

ASML사의 EUV 노광기 (gfycat.com)

Wafer cleaning, HMDS 표면처리, PR 도포 ,Soft Bake 까지의 전처리 과정을 무사히 마쳤다면.

드디어 우리가 원하는 회로 패턴을 빛을 이용해 Wafer 위에 그려낼 순간이다.

이 빛을 노출시키는 것을 '노광'이라고 부르고. 이것이 곧 Photo 공정의 핵심이다.

각 노광기의 이론적 배경이나 핵심 지표들은 엄청나게 많지만. 먼저 노광을 어떻게 실시하는지 부터 살펴보자.

 

• 접촉 노광법 (Contact Exposure)

접촉 노광법 (semitech1.tistory.com)

노광 공정의 초창기에 대부분의 노광 장비는 '접촉 노광법'을 사용했다.

위의 그림과 같이 Mask를 도포된 PR 바로 위에 붙여서 빛을 쬐어주는 방식이다.

그려내고자 하는 패턴이 새겨진 Mask 바로 아래에 PR이 있어 즉시 노광이 되기 때문에 Mask를 통과한 빛이 회절되거나 하는 문제가 최소화 되어 고해상도의 패턴을 얻어낼 수 있었다.

하지만 Particle 이슈가 가장 중요한 반도체 공정 단계에서 PR 바로 위에 여러번 사용되야 할 Mask가 붙어있다면 PR이 Mask에 묻어 오염될 가능성이 매우매우 높다.

이렇게 되면 Mask를 한번 사용할때 마다 세척을 해야 하거나, 오염정도가 심하면 못쓰게 될 수도 있는 방식이다.

Mask는 상당히 비싼 재료이므로. 공정에서의 Mask의 가치를 생각한다면 너무 위험도가 높은 방식이다. 

혹은 애써서 균일하고 깔끔하게 코팅해 놓은 PR층이 손상을 입어 제대로 된 패턴형성이 되지 않을수도 있다.

• 근접 노광법 (Proximity Exposure)

근접 노광법 (semitech1.tistory.com)

접촉 방식의 노광법에서 조금 발전된 방식인 '근접 노광법'이다. PR층과 살짝 거리를 놓고 Mask를 배치시키는 것이다.

이로써 위의 접촉 노광법에서 문제가 되던 Mask의 오염과 PR층의 손상이라는 점에서 자유로워졌다.

하지만 점점 반도체 패턴이 미세화 되면서. 빛이 아예 Mask의 미세 패턴을 완벽히 통과하지 못하거나, 통과를 하더라도 회절 현상으로 인해 상이 맺히는 것에 문제가 생기기 시작했다.

즉 PR위에 맺히는 상의 해상도에 문제가 생기는 것이다.

 

• 투사 노광법 (Projection Exposure)

투사 노광법(semitech1.tistory.com)

다음은 접촉방식과 근접방식의 노광법의 단점을 극복하고 현재도 계속 쓰이고 있는 '투사 노광법'이다.

이 방식은 위의 그림과 같이 Mask를 랜즈 사이에 두고 노광을 시켜주는 방법이다.

이로 인해 광원에서 나오는 빛을 랜즈로 모아 Mask로 보내고, Mask에서 통과한 빛을 우리가 미세화 시키고 싶은 만큼 랜즈로 초점을 조절해서 PR 위에 조사할 수 있도록 한 방식이다.

한번 Mask를 통과한 빛을 다시 모아주는 랜즈를 투입하므로써 회절됐던 빛을 다시 똑바로 진행시킬 수 있게 되었다.