[Photolithography (2)/S.M.T.] Positive / Negative Lithography

2. Photolithography Processes

포토 공정에는 두가지의 기본 공정 유형이 있다.

-Positive Photolithography: Wafer 표면에 Mask pattern과 동일한 패턴을 인쇄
-Nagative Photolithography: Wafer 표면에 Mask pattern과 정반대의 패턴을 인쇄

이 두가지 공정 유형의 차이점은 'Photoresist'라는 물질의 차이다. 즉 재료 차이로 공정의 유형이 나뉘는 것이다.

Photoresist는 뒤에서 다루겠지만 간단히 말하면 '감광액' 및 '감광액'이라고도 한다. Photoresist는 빛에 민감하여 빛을 받으면 변화가 일어난다. 또한 수용액이 아니라 고분자 액체(폴리머)이다. 

(※2019 일본의 일방적인 무역전쟁(시비) 때, 일본산 Photoresist가 국산 보다 좋아 전량 수입에 의존했는데 일본이 수출을 막아서 현재 우리나라에서도 일본과 비슷한 수준까지 Photoresist능력을 끌어올렸다. 근데 여기서 좋다는 뜻은 쉽게 말하면 '일본산 포토 레지스트는 감도가 좋아 초점이 잘 맞고 군데군데 세밀하게 Photo 공정이 가능하다는 것이다.)

(제조기업: 일본(2019년 기준 국내시장 점유율 90%이상) - 신에쓰, JSR, 스미토모화학 | 국내 - 동진쎄미켐, LG화학)

 

- Negative Lithograpy

현재는 일부 특이한 공정들에서만 쓰이지만 이야기해보겠다.

과거에는 주로 쓰였는데 왜 현재에는 일부 특이한 공정에만 쓰일까?

이유는 Nagative Lithograpy에 쓰이는 Phtoresist가 분자량이 큰 고분자 물질이어서 화학약품 처리하는 공정에서 Pattern이 수분을 흡수하여 Swelling 현상이 일어나 원하는 크기보다 조금 더 커지는 단점이 생겨서 그렇다. 그래서 결국에는 가장 중요한 CD(Critical Dimension)을 조절하지 못한다.

 

쉽게 먼저 설명하면 빛이 쪼여진 곳의 Photoresist가 단단해진다.(Cross Linking이 일어났다고 하면된다.)

Negative Lithography의 특징은 빛에 노출 되었을 때 Cross Linking에 의하여 Photoresist가 용해되지않고 경화된다.

일단 경화(굳어지다)되면 용매(Solvent, 즉 쉽게말하면 녹이는 물질)(=현상액)속에서 사라질 수 없게 된다.

위 그림에 빛이 들어가지 않는 부분은 Mask로 가려진 것을 볼 수 있는데 Reticle이라고도 하는 것 다시 알아둬라.

이 Mask는 Chrome(크롬)으로 만들어져있어서 불투명하며 자외선이 당연히 투과되지 않는다.

그래서 Mask 아래의 Photoresist는 빛에 노출되지 않기 때문에 변화하지 않는 상태로 남아 있게 되어 추후 현상액에 노출될때 녹아내려가게 된다. 

즉 결론적으로 Mask pattern과는 정반대되는 Pattern을 가지게 된다.

 

-Positive Lithography

현재 거의 다 이 기술을 사용함.

쉽게 먼저 설명하자면 빛이 쪼여진 곳의 Photoresist가 결합이 약하게 된다는 것이다.

UV광에 노출된 Photoresist들은 과하학 작용에 반응하여 추후 현상액을 부어버리면 노출된 부분들이 흐물흐물해져 씻겨 내려져 가게 된다.

즉 빛에 노출된 Positive resist의 영역들은 현상제 수용액에 제거되는 반면, 빛에 노출되지 않은 불투명한 Mask Pattern아래의 resist는 Wafer상에 남게 된다.

즉 결론적으로 Mask pattern과 완전 같은 Pattern을 가지게 된다.

<가운데의 형상이 나오도록 하기위해 좌(Negative Mask), 우(Positive Mask) 구현>

위 그림을 보면 알겠지만 Negative Mask는 어두운부분이 많으므로 Dark Field Mask라고도 한다. 그리고 Positive Mask는 Clear Field Mask라고 한다.

헌데 Positive Mask는 무조건 Clear Field Mask라고 할까?

NO.

<환한 부분이 많으면 Clear Field Mask, 어두운 부분 많으면 그냥 Dark Field Mask이다.>

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※참고자료: Michael Quirk & Julian Serda, Semiconductor Manufacturing Technology, PEARSON 2001

※참고자료: 나무위키(Photolithography), OLYMPUS, WIKIPEDIA

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