Photolithograpy 공정(2) PR, PR Coating

후... 다시왔습니다. 글쓰기가 좀 빡세서 앞으로 쓰는 글에는 구어체로 진행하려 합니다. 양해부탁 드립니다!

 

자자 바로 전 시간에는 wafer를 세정하고 PR을 코팅하기 위한 준비단계 wafer priming까지 알아봤죠

이제는 준비가 다끝난 웨이퍼에 PR을 코팅하고 한번 굽는 과정을 한번 알아봅시다!

 

그렇다면 PR PR하는데 PR이 뭘까요? 한국말로 하면 감광재입니다. 감광재가 뭐냐구요? 뜻을 풀어보자면 빛을 조사하였을때 특정한 형태로 분자구조가 바뀌는 물질입니다. 이렇게 분자구조가 바뀐다면 우리가 현상할때 음.. 일종의 Wet etching을 할때 사용하는 특정 현상액에 선택적으로 용해가 가능해집니다. 이게 어떻게 가능할까요? 바로 PR의 구성요소에 그 비밀이 숨겨져 있죠.

 

그렇다면 PR은 대채 무엇으로 이루어졌을까요? PR의 구성요소에 대해 알아봅시다.

크게 3가지로 나눌수 있는데요 

1) Solvent 

한국말로 용매라고 하죠? 이 solvent는 PR의 점도르 결정하는데요 끈적할 수록 두껍게 코팅되고 묽을수록 얇게 코팅이 됩니다. solvent가 없는 pr은요 고형의 물질인 resin 상태인데요 이 resin을 약간 녹여?주는 역할을 해 발림성이 좋게? 해서 용매라고 부르는거 같습니다! 혹시 잘못된 정보라면 댓글 부탁드려요! 그래서 미리 먼저 알려드리는건데 저희가 pr 코팅후에 pr을 경화시키기 위해서 soft-bake를 진행한다고 했죠? 이 과정에서 pr에 남아 있는 solvent 성분들을 증발 시킨다고 생각하시면 될거 같습니다.

2) Polymer 혹은 resin

Monomer라고 하는 단위분자가 수천개씩 결합한 상태를 뜻합니다.(고분자 상태) 이게 뭔소리야 싶죠? 저도 그랬습니다....

자자 우리가 빛을 조사하고 현상을 하면 패턴으로 남아있는 PR이 있잖아요? 이 PR들은 처음의 PR이 아니라 PR의 polymer만 남아있다고 보면 됩니다.  아니 그래서 polymer가 뭐냐 보통 분자량이 만개 이상으로 붙어있는 중합체를 뜻합니다. 엄청나게 많이 붙어 있다는 겁니다. 이 polymer가 또수천게 모여 있으면 그게 resin이 됩니다!

3)Sensitizer

우리가 흔히 말하는 positive pr이냐 negative pr이냐를 얘기를 할때 가장 중요한 역할을 하는 녀셕입니다. 현상 공정에서 polymer를 녹게하거나 남아있게 하는 중개자 역하를 한다는 것이죠. 다른말로 PAC(Photo Active Compound)라고도 부릅니다. pr에 빛이 조사되면 PAC가 반응하게되어서 pr의 분자구조 상태가 변하는 것이죠. 즉 polymer의 결합에 영향을 주는겁니다.

 

보통 PR은 소수성(무극성) 성질을 가지고 있습니다. 즉 소수성 용매에 잘 녹아서 없어진다는 것이죠. 소수-소수 결합을 해서 없어집니다. 그래서 그 반대인 친수성(극성) 용매에는 잘 반응을 안하죠. 물은 극성이죠? 수소 원자와 산소 원자가 서로 극성 결합을 하고 있잖아요. 고등학교 화학 시간에 얼핏 배운 기억이 나시나요? 저도 잘 안납니다..ㅎㅎ 전 수능을 화학1을 했는데 그때 막 외웠던 기억은 납니다.

 

자자 다시 돌아와서 positive냐 negative냐는 PR로만 얘기하기엔 좀 어려운데요, 우리가 현상을 할때 사용하는 Developer d용액들에 따라서도 달라질 수 있기 때문이죠. 예를 들어 빛을 쏴서 빛을 받은 부분이 원래 무극성이였다가 극성으로 바뀌었다고 합시다 그렇다면 우리가 현상용액을 극성용액을 쓰냐 무극성 용액을 쓰냐에 따라서 패턴이 달라지겠죠? 즉 동일한 PR과 노광공정을 거쳤다하더라도 우리가 쓰는 현상용액에 따라서 positive 냐 negative 냐를 바꿀수 있다는 것이죠.

하지만 우리가 말하는 positive pr, negative pr이 무었이냐면 Positive PR은 빛이 조사된 부분이 제거되는 pr이고Negative PR은 빛이 조사되지 않는 부분이 제거 되는 pr이라고 생각하시면 될거 같습니다! 

 

자 그렇다면 드디어! PR을 코팅해봅시다. 어떻게 코팅할까요? 

Spin coating 방식을 사용합니다. 말 그대로 웨이퍼 가운데 위에 PR을 분사하고 Wafer를 회전시켜서 균일하게 도포한다는 것이죠.

일반적으로 3000~6000 rpm 속도로, 15s이상 회전시켜서 코팅을 한느데 사용하고자하는 방식에 따라서 7000rpm도 가능하고 500rpm으로 아주 느리게도 회전시킨답니다. 아주 가끔식이요. 균일도에서 손해를 볼 수 있기 때문이죠. 다만 얇은 용질을 두껍게 할때, test를 할때 쓰인다고도 합니다. 

Spin cotating을 진행하면 분사되는 pr대비 버려지는 pr이 상당히 많다고 합니다. 이런 단점이 있는 대신에 계속 돌기 때문에 PR에 있는 solvent가 더 많이 날아가 우리가 이어서 진행하는 후속공정 핸들링이나 soft bake를 진행할텐데 후속공정까지 거의 기다리는 시간 없이 바로 진행할 수 있는 장점이 있다고 합니다.

자자 우리 잠시만 과거로 돌아가 봅시다. 우리가 맨처음 wafer를 세정하고 건조시킨다음 무엇을 진행한다 했죠?

그쵸! HMDS를 코팅한다고 했죠? 왜냐면요 웨이퍼의 표면이 만약에 극성 즉 친수성일 경우 무극성인 즉 소수성인 PR과의 점착력 문제가 생기지 않겠어요? 그렇다면 웨이퍼 표면을 무극성 즉 소수성으로 바꿔줄 필요가 있겠네요? 그래서 HDMS를 코팅해줍니다. 어떻게요? 무극성이라는건 분자구조 내에서 전하가 고르게 퍼져있는것을 뜻하는데요 웨이퍼 표면에 O-H 극성 결합하고 있는 것을 CH3 무극성으로 바꿔준다는 것이죠..

<약간의 추가적인 정보를 적자면 왜 처음의 웨이퍼가 극성을 띌까요? SiO2(산화공정이 진행된 이후입니다!)가 fab 내의 H2가스들과 결합했기 때문입니다.>

이렇게 HDMS를 코팅했을때 두꺼워지면 어떻하냐구요? 걱정마세요 HDMS를 코팅을 하면 표면이 단분자 형태로만 웨이퍼위에 존재하는데요 아주아주 얇아서 PR의 두께에 영향을 미치지 않구요 비교적 자유자재로 사용이 가능하답니다.

이 HDMS는요 우리가 차세대 반도체로 사용하려고 하는 SiO2라던지 폴리실리콘에도 아주 효과가 좋다고 합니다.

역시나 분량 조절 실패..

soft bake는 다음에 알아봅시다.. 안뇽~