2. 포토 공정 전체 흐름 정리 – 반도체 회로는 이렇게 새겨집니다

2. 포토 공정 전체 흐름 정리 – 반도체 회로는 이렇게 새겨집니다

반도체 칩 안에 머리카락보다 더 얇은 회로를 새기는 기술, 바로 포토 공정입니다. 이 공정은 빛을 활용해 아주 미세한 회로 패턴을 웨이퍼 위에 그려 넣는 과정으로, 반도체의 성능과 직결되는 핵심 중의 핵심입니다.

이번 글에서는 포토 공정이 실제로 어떤 흐름으로 진행되는지, 전체 과정을 차근차근 정리해보겠습니다.

1) 포토 공정이란?

포토 공정(Photolithography)은 자외선(UV)이나 극자외선(EUV)을 사용해 웨이퍼 위에 회로 모양을 그려주는 공정입니다. 쉽게 말해, 반도체 회로의 밑그림을 만드는 작업이라고 볼 수 있습니다.

이 밑그림이 정확하고 정밀해야, 이후 식각이나 증착 같은 공정에서도 불량 없이 잘 만들어질 수 있습니다. 포토 공정은 단순히 한 번의 작업으로 끝나는 게 아니라, 총 7단계로 구성돼 순차적으로 진행됩니다.

2) 포토 공정 전체 흐름 (7단계)

• ① 웨이퍼 세정 (Cleaning)
  공정의 첫 단계는 웨이퍼 표면을 깨끗하게 닦는 일입니다. 먼지나 유기물, 금속 이물질 등이 남아 있으면 나중에 회로가 뭉개지거나 결함이 생길 수 있기 때문에, 이 작업이 꽤 중요합니다.
• ② 포토레지스트(PR) 코팅
  이제 웨이퍼 위에 감광액(PR)을 골고루 바릅니다. 회전식 코팅 장비를 사용해서 매우 얇고 균일하게 도포되며, 이 감광액이 나중에 회로 모양을 새기는 데 쓰입니다.
• ③ 소프트 베이크 (Soft Bake)
  막 도포된 PR은 수분이 남아있고 접착력이 약하기 때문에, 살짝 데워서 말려줍니다. 이 과정을 통해 PR이 더 단단하게 웨이퍼에 밀착됩니다.
• ④ 노광 (Exposure)
  가장 핵심 단계입니다. 마스크라는 틀을 통과한 빛이 웨이퍼에 닿아, 우리가 원하는 회로 모양을 PR 위에 새겨줍니다. EUV 장비는 이 과정을 나노 단위 정밀도로 수행하죠.
• ⑤ 현상 (Development)
  빛을 받은 PR과 받지 않은 PR이 반응이 달라지기 때문에, 이걸 이용해 필요 없는 부분을 제거합니다. 그러면 회로 패턴만 남게 됩니다.
• ⑥ 하드 베이크 (Hard Bake)
  패턴이 완성된 PR을 한 번 더 고온에서 굳혀줍니다. 이렇게 해야 식각 같은 다음 공정에서도 형태가 무너지지 않고 견딜 수 있습니다.
• ⑦ 식각 공정 연결
  이제 남은 PR은 마치 마스크처럼 사용돼, 아래층에 있는 실리콘이나 금속을 깎는 식각 공정으로 연결됩니다. 포토 공정은 이렇게 다음 단계로 자연스럽게 이어집니다.

3) 포토 공정이 중요한 이유

• 이 공정에서 선폭, 즉 회로 폭이 결정됩니다. 선폭이 작아질수록 더 많은 정보를 담을 수 있고, 반도체 성능도 올라가죠.
• 노광 장비는 EUV를 사용하는 최첨단 장비이며, 한 대에 수천억 원에 이를 정도로 고가입니다.
• 이 공정의 정밀도에 따라 수율(정상 제품 비율)도 크게 달라집니다.

4) 주요 장비업체

• ASML: EUV 노광 장비 분야에서 독점에 가까운 점유율을 보이고 있습니다.
• Tokyo Electron (TEL): PR 코팅과 현상 공정 장비에 강점을 가진 일본 기업입니다.
• SCREEN: 고정밀 세정 장비에 특화된 장비사입니다.
• Canon / Nikon: 일부 DUV 장비를 공급하며 특정 파운드리와 협력하고 있습니다.

다음 글 예고

다음 글에서는 이 흐름 중에서 PR 코팅과 소프트 베이크, 즉 포토 공정의 시작을 다루어보겠습니다. PR이란 무엇인지, 어떤 종류가 있고 어떻게 코팅되는지를 자세히 풀어드릴게요.