1.3 포토리소그래피

포토리소그래피는 포토리소그래피라고도 하며, 마이크로 일렉트로닉스용 집적 회로를 제조하는 데서 시작되었습니다. 포토리소그래피는 실리콘과 같은 기판 재료에 포토레지스트를 코팅한 다음 높은 최종 해상도의 에너지 빔을 사용하여 마스크를 통해 포토레지스트를 노출시키는 원리를 기반으로 하는 반도체 구조 또는 소자 및 집적 회로의 미세 구조물 제작을 위한 핵심 공정 기술입니다. 에칭 및 기타 방법을 사용하여 공작물 재료에 구조를 형성합니다. 포토리소그래피 공정에는 일반적으로 원본 이미지 제작, 리소그래피, 기판 전처리, 포토레지스트 층 코팅, 사전 베이킹, 노출 및 현상 등이 포함됩니다.섀도잉, 필름 경화, 에칭 및 디본딩 등이 가능합니다.

1.4 에칭 기술

에칭은 일반적으로 등방성 에칭과 이방성 에칭으로 나뉩니다. 등방성 에칭은 일반적으로 높이가 수 미크론인 임의의 측면 형상을 가진 마이크로 구조물을 제조할 수 있으며 평면 구조물 제조에 제한됩니다. 이방성 에칭을 사용하면 종횡비가 크고 깊이가 최대 수백 미크론에 이르는 3차원 공간 구조물을 제조할 수 있습니다.

(1) 화학적 이방성 에칭

화학적 에칭은 결정 방향에 따라 달라지는 속도로 소재를 에칭할 수 있는 독특한 측면 언더 에칭 특성을 가지고 있습니다. 단결정 실리콘은 결정 방향이 다른 결정면을 가지고 있으며, 알칼리성 용액에서는 결정면 간에 에칭 속도에 상당한 차이가 있습니다. 실리콘의 도핑을 제어하면 에칭을 방지하는 매우 효과적인 에칭 정지 층이 생성되어 미세 구조물 제작을 위한 선택적 에칭이 가능합니다.

(2) 이온 빔 에칭

이온 빔 에칭은 또한 집속 이온 빔 에칭과 반응성 이온 빔 에칭으로 나뉩니다. 집속 이온 빔 에칭은 A/cm2 정도의 이온 밀도로 직경 미크론 미만의 빔을 생성하여 공작물 표면을 직접 에칭하고 빔 밀도 및 에너지를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 입사된 이온의 운동량을 공작물 재료 표면의 원자로 전달하여 공작물 표면을 원자 단위로 에칭함으로써 나노 단위의 제조 정확도를 달성합니다. 반응성 이온 빔 에칭은 물리 화학적 반응 에칭 방법입니다. 반응성 가스의 이온 빔을 공작물 표면에 쏘아 반응이 일어나면 이온의 운동 에너지에 의해 휘발성이 있고 쉽게 처리되는 생성물을 형성하고, 반응성 가스의 이온 빔을 스퍼터링하여 에칭하는 방식입니다. 이는 서브 마이크론 미세 가공 기술입니다.

(3) 레이저 에칭

레이저 에칭은 일반적으로 YAG 레이저와 엑시머 레이저를 사용하여 수행됩니다. 엑시머 레이저는 짧은 파장, 작은 초점 직경, 높은 출력 스펙트럼 밀도 및 차가운 광원으로 인해 가장 유망한 레이저 소스입니다. 가장 일반적으로 사용되는 엑시머 레이저는 불화 아르곤 엑시머 레이저와 불화 크세논 엑시머 레이저입니다.

불화 아르곤 엑시머 레이저에서 생성되는 원자외선 레이저 빔은 플라스틱과 같은 고분자 경질 소재를 매우 미세한 선으로 에칭할 뿐만 아니라 열 발생 없이 빔이 집중되는 소재 주변에 열 확산이나 그을림 없이 에칭할 수 있습니다. 재료는 레이저 빔 방사 강도의 직접적인 결과로 에칭되는 것이 아니라 레이저 방사선이 폴리머 원자 사이의 화학 결합을 끊어 매우 낮은 온도에서 기화하여 작은 분자를 생성하기 때문에 에칭됩니다.

그리고 이 작은 부서들은엑시머 레이저는 레이저 펄스에서 과도한 열을 제거합니다. 엑시머 레이저는 1Hz 이상의 반복 주파수와 12ns의 펄스 폭으로 193nm 파장의 원자외선을 생성합니다. 단일 펄스로 수 미크론의 홈을 에칭할 수 있습니다. 이 레이저 펄스를 사용하면 재료를 한 층씩 벗겨내어 미세한 선으로 에칭할 수 있습니다.

불화 제논 엑시머 레이저의 근 자외선 파장은 300nm입니다. 에칭 공정은 다음과 같습니다. 염소 가스에 배치 된 실리콘 웨이퍼에 레이저 방사선을 조사하고 염소 분자가 염소 원자로 분해되는 동시에 레이저 방사선을받은 실리콘 웨이퍼의 전자가 염소 원자에 부착되어 음전하를 띤 염소 이온을 형성하고 양전하를 띤 실리콘 원자와 화학적으로 반응하여 반응기를 통과하는 사염화 실리콘의 휘발성 기체를 형성합니다. 사염화규소가 제거되고 신선한 염소 가스가 공급되어 실리콘 웨이퍼가 부식되고 포토레지스트 없이도 원하는 이미지를 얻을 수 있습니다.