1-2 photolithography(포토리소그래피) 공정_HMDS

photolithography(포토리소그래피) 공정_HMDS

 

HMDS도포(wafer prime) - PR Coating - soft bake - Expose - PEB(Post Exposer Bake) - Develop - hard bake

 

HMDS도포

 

HMDS도포는 wafer와 PR의 접착력을 높여주기 위해 해주는 공정입니다.

그 과정을 살펴보기 전 알아야 할 사전 지식을 알아보겠습니다.

 

Contact Angle

contact angle은 접촉각을 의미합니다.

wafer는 Silicon이며 위 그림과 같이 접촉각이 27.3도로 작습니다.

이 각도는 물과 표면 사이 표면장력에 의해 결정되며

Contact angle이 크다 -> 소수성(hydrophobic), 무극성

Contact angle이 작다 -> 친수성(hydrophilic), 극성

이라고 합니다.

쉽게 생각해도 Contact angle이 작다는 건 물과 그만큼 많이 붙어있다는 의미이므로

'Contact angle이 작다 -> 물과 친하다 -> 친수성이다'를 연결시키실 수 있을 겁니다.

친수성인 물질은 극성의 성질을 뜁니다. 이를 이해하기 위해서는 H2O 물 분자 구조를 보면 아래와 같습니다.

위 그림과 같이 물은 O를 기준으로 H두개가 위와 같이 형성되어 쌍극자 모멘트가 0이 아닙니다. 이를 극성을 띈다고 하고 물과 같은 극성을 지닌 물질은 물과 친화력이 높아 친수성을 띈다고 볼 수 있습니다.

 

다시 HMDS로 돌아오겠습니다.

HMDS는 wafer와 PR의 접착력을 높여주기 위해 해주는 공정입니다.

좀 어려우실 수 있지만 반도체 공정에서 통상 바로 wafer위에 PR을 도포할까요?

PR을 도포해서 photolithography공정을 진행하는 이유는

후에 있을 Etch공정을 통해 PR을 마스크로 사용하여 회로 패턴을 새기기 위함입니다.

따라서 wafer위에는 식각하고자 하는 막이 쌓인 상태에서 PR을 도포할 것입니다.

wafer는 Si으로 만들어졌고 그 위에 쌓는 박막은 주로 SiO2(실리콘 산화막)와 같은 박막을 쌓고 그 위에 PR을 도포합니다. SiO2는 친수성인 성질을 띄기에 이를 근거로 wafer표면은 친수성이라고 보셔도 됩니다.

 

그리고 PR은 유기용매로 대부분 이루어진 소재로 쉽게 말해 기름입니다. 물과 섞이질 않고 소수성 물질입니다.

따라서 wafer 표면은 친수성, PR은 소수성이기에 두 물질은 잘 붙을 수 없어 HMDS공정이 필요한 것입니다.

HMDS가 wafer 표면을 친수성 -> 소수성으로 만들어 주는 원리는 아래와 같습니다.

HMDS는 Hecamethyldisilazane의 약자이고 위 그림과 같이 복잡한 분자식으로 구성되어 있습니다.

Si위에 OH기가 붙어있는데 저 상태를 실라놀이라고 합니다. Si-OH 또한 극성 이므로 Si-OH결합을 HMDS도포를 해주면

OH가 Si(CH3)3으로 치환되어 무극성, 소수성을 띄게 해주는 원리라고 이해하시면 됩니다.

 

HMDS 도포 과정

 

Camber 내 SiO2(산화막)이 증착된 wafer들을 넣습니다.

그 후 HMDS를 액체상태로 투입한 후 Chamber를 밀폐시킵니다.

그 후 열을 가해 HMDS를 기화시켜 wafer위에 골고루 기체 상태로 덮이는 과정을 거칩니다. 

 

이상 photolithography 공정에서 HMDS공정에 대해 알아보았습니다.

다음 글로는 다음 과정인 PR Coating과 그로 인해 발생할 수 있는 이슈에 관해 알아보겠습니다.

 

읽어주셔서 감사합니다.