하나의 반도체는 손톱 크기만큼 작은 실리콘 칩에 불과하지만, 그 안에는 트랜지스터, 다이오드, 저항, 패캐시터 등 수만 개의 미세한 부품들로 가득 차있다. 하지만 머리카락 굵기의 8만분의 1크기의 나노미터(nm, 10억분의 1미터)급 부품들 각각을 따로 만들어 하나의 칩에 내장할 수는 없다. 대신 각각의 부품과 이를 전기적으로 연결하는 회로를 하나의 패턴(회로설계도)으로 만들어, 반도체 내 여러 층의 얇은 막(박막)을 그려 넣는 방식을 사용하게 된다. 이렇게 기판 위에 박막을 형성하고, 식각을 통해 회로 패턴을 형성하는 과정을 반복함으로써, 반도체만의 고유한 특성을 갖게된다.
1) 감광액 (Photo resist) 도포
- 감광액을 웨이퍼 표면에 고르게 바른다. 그 다음 이를 살짝 구워서 얼라이너(Aligner)라고 불리는 사진 촬영장치로 보낸다. 이때부터 웨이퍼는 사진의 인화지 역할을 한다.
2) 노광(Exposure)
- 포토 마스크를 웨이퍼 위에 얹은 다음, 조준을 맞추고 강한 자외선을 통과시킨다. 자외선 빛은 마스크 위의 회로패턴은 웨이퍼에 그려준다.
3) 현상(Development)
- 일반 사진 현상과 동일하다. 현상액을 웨이퍼에 뿌리면 웨이퍼는 노광 과정에서 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분으로 구분되는데, 빛을 받은 부분의 현상액은 날아가고 빛을 받지 않은 부분은 그대로 남는다.
4) 식각(Etching)
- 웨이퍼에 회로 패턴을 만들어 주기 위해 화공약품(습식)이나 부식성 가스(건식)을 이용해 필요없는 부분을 선택적으로 없앤다. 현상액이 남아있는 부분을 남겨둔체 나머지 부분은 부식시킨다
5) 감광액 제거
- 식각이 끝나면 감광액도 황산용액으로 제거한다.
본 연구에 관심을 가진 공정은 바로 박막이 형성된 기판(웨이퍼) 위에 불필요한 부분을 제거해 회로 패턴이 드러나도록 하는 과정으로 바로 식각 공정이다.
식각 공정의 과정은 동판화를 만드는 것과 다를 바 없다. 동판화 제작 과정을 보자. 동판 위에 파라핀을 바르고 (반도체의 감광액) 표면에 불로 그을린 뒤(반도체의 산화 공정) 그 위에 날카로운 송곳 같은 것으로 그림을 그린다. 송곳이 지나간 자리에는 파라핀이 벗겨진다. 그 다음 부식시키는 화공약품을 붓는다. 화공약품과 파라핀을 씻어내면 그림이 완성되는 원리와 같다.
식각 공정을 진행하는 장비는 여러 종류의 가스를 진공 챔버에 주입시킨 후 전기를 인가항 플라즈마를 형성시켜서 물리적 또는 화학적 반응을 일으켜 박막을 식각하게 된다. 식각 공정을 진행하는 장비 구조를 간단히 살펴보면 다음과 같다.
1) 일정한 압력을 유지하면서 공정을 진행하기 위한 챔버(Chamber)와 진공(Vacuum) 시스템
2) 웨이퍼가 장착되어 공정 진행 시, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 척(Chuck)시스템
3) 공정을 위한 가스를 공급하는 시스템
4) 공정을 위해 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 원료
5) 플라즈마 원료 및 척에 에너지를 공급하기 위한 전력 시스템(Radio Frequency Power)
증착 (Deposition)
1) Chemical deposition -- 절연, 전도성박막 형성 '핵심공정'
: 화학반응을 거쳐 고체재료를 합성하여 증착
: CVD, Anodization, Electro-plating
2) Physical desposition
: 물리적인 방법에 의해 기판 위에 증착
: Sputtering, Evaporation
사람의 손톱보다 작고 얇은 반도체 칩 내부는 여러 층의 복잡한 구조로 이뤄져 있는데, 이러한 구조를 형성하기 위해서는 반도체 원판(웨이퍼)위에 여러 종류의 박막을 입히고(증착) 불필요한 부분을 제거하는(식각) 과정을 반복해 처리하는 고도의 기술력을 필요로 한다.
그 중 반도체 원판(웨이퍼)과 LCD 유리기판 위에 원하는 분자 또는 원자단위의 물질을 입혀 전기적은 특성을 갖게 하는 일련의 과정을 증착(Deposition)이라고 한다. 증착공정은 박막을 얼마나 얇고 균일하게 입혔느냐가 반도체와 LCD의 품질을 좌우할 정도로 주요한 역할을 하고 있다.
증착 과정을 통해 형성된 박막은 크게 회로들 간 전기적인 신호를 연결해주는 금속막층과 내부 연결층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단시켜주는 절연막층으로 구분되는데 이 박막들은 단순한 기계가공으로는 생성이 불가능할 정도로 아주 얇은 막이다.
반도체 증착공정의 꽃 'CVD' = 반도체 제조공정의 77%를 차지하는 전공정, 이 가운데 화학증착(CVD)공정은 13%비율을 차지해 핵심공정으로 분류된다. CVD공정은 다양한 반응가스를 화학적으로 반응시켜 만들어낸 입자를 웨이퍼 표면에 입혀 절연막, 전도성박막을 형성하는 공정이다.