Photolithography 도입 (1)
1월 2주차 스터디부터 8대공정중 포토공정에 관해서 발표를 맡게 됐다.
쓰니도 아직 공부중인 학부생이라 틀린 부분이 존재할 수 있지만 귀엽게 봐주면 좋겠다.
포토공정은 증착공적, 식각공정들과 함께 3대 공정이라고 불리는데 그 중에서 반도체 전공정에서 제일 많은 부분을 차지하는핵심이 되는 공정이다.
포토공정에 대해 들어가기전 간단하게 현재 반도체 trend에 대해서 한번 알아보자.
반도체의 기술은 1948년 기계적 switch 역할을 하던 초기의 트렌지스터를 시작으로 최초의 전자식 switch 역할을 하는 BJT등등을 거쳐서 점점 작게 메모리는 크게 구동전압은 낮도록 발전중이다.
무어의 법칙, 황의 법칙에 대해서 다들 들어본적이 있을텐데 간단히 말해서 반도체는 일정한 주기에 맞춰서 계속 발전할 것이라는 법칙이다. 듣기만 해도 이게 말이되나 싶은 생각이 들 수 있는데 정답이다.
현재 이 두 법칙들은 2010년대에 들어서면서 부터 어긋나기 시작했다.
반도체 업계들이 이 두 법칙을 포기하게된 크게 두가지 이유가 있는데 물리적 이유로는 발열때문이다. 두번째로 경제적 이유가 있는데 현대사회에서 수요의 종류가 커지면서 업체들이 각제품에 맞게 일일히 투자하는것에 큰 부담을 느꼈기 때문이다. 과거엔 반도체를 먼저 발전시키고 이 반도체를 제품에 넣어 개발했다면 요즘엔 제품을 먼저 구상하고 그에 맞는 반도체를 개발하기때문이다.
또한 경제적인 큰 부담을 겪게된 주된 이유가 하나더 있는데 이는 포토공정때문이다.
쉽게말하자면 시대가 발전하면서 lithograpy cost가 증가했다는 것이다.
그렇다면 lithograpy costs의 결정 요인들은 뭐가 있을까?
크게보면1)반도체의 수요(# of product) 2) 노광 설비 가격 3) 필요한 Mask 수 4) Mask 수명 이 있는데
1)반도체 수요가 증가하면 process wafer의 매수와 wafer크기가 증가한다. 그러면 Chip 내 Die 수도 증가할 것이고 그렇다면 공정시간도 늘어나니 당연히 비용도 늘어난다.
2)노광 설비 가격은 점점 노광 기계가 비싸진다는 것이다. ASML의 제품만 보더라도 몇백억 몇천억을 웃돈다.
3)공정한계를 극복하기 위해서 새로운 process들을 개발했는데 이는 Mask수가 많이든다. Mask 수도 증가하면 당연히 비용도 증가하지 않겠는가?
4)포토공정 중 마스크가 광원에 의해 파괴되는 경우가 있는데 일명 Mask는 소모품이라는 것이다. 따라서 Mask의 수명또한 굉장히 중요한 부분중 하나이다.
조금더 자세히 설명하자면 노광 설비 factors에는 wafer size, 장비 concept, Lens 성능, 단파장 등이 있는데
노광설비과정에서 wafer size가 증가하면 공정시간이 늘어나고 공정 Uniformity도 중요하다.
노광장비에 들어가는 Lens들도 대구경 렌즈를 쓰면 상당히 비싸고 신규 설비 연규 개발비용과 High-tech 설비제작또한 큰돈이 필요하다.
lithograpy 공정은 공정비용중 가장많은 비중을 차지하고 반도체가 미세회 진행시 가장 크게 증가하는 요소이다,