< SnO2 gas sensor의 phtolithography 과정>
1) Spin coating
Spin coating은 원판을 빠른 속도로 회전시켜, 판 위의 PR(Photo resist)에 원심력을 부여하여 표면에 균일한 코팅층을 형성하는 공정 방식이다. FIG. 1은 실험에서 사용한 Spin coater 장비이다. 진공을 이용하여 기판의 아랫 부분을 단단히 고정한 후 스포이드를 사용하여 PR를 도포하였다 그리고, 뚜껑을 닫은 뒤 5초동안 500rpm으로 원판을 회전시킨 후, 25초 동안 4000rpm으로 높여가며 PR을 기판 위에 얇게 도포한다. 처음부터 고속의 회전 속도를 사용하면 PR이 웨이퍼에서 벗어날 수 있기에 초기에는 느린 속도로 진행하였다. Fig.2 는 spin coating이 완료된 wafer이다.
2) Soft baking
Soft baking을 진행하는 목적은 PR안에 들어있는 Solvent성분을 제거하기 위해서이다. Fig. 3는 실험에서 사용한 hot plate 장비이다. 웨이퍼를 hot plate 위에 올리고 95℃로 90초 간 soft baking 과정을 거친다.
3) Exposure
Fig. 4는 실험에 사용된 노광 장비이다. 이 장비에 웨이퍼를 진공으로 고정시키고 그 위에 mask를 놓은 후 align key를 이용하여 alignment를 진행한다. Alignment는 마스크의 회로 패턴이 웨이퍼 표면의 회로 패턴과 정확히 일치하도록 장비의 기계적 설정을 조정하는 과정이다. Fig. 5는 alignment를 진행 중인 이미지이다.
Alignment가 완료되면 노광을 진행한다. 노광은 PR이 도포된 웨이퍼를 빛에 노출시키는 과정으로, 빛이 패턴화된 마스크를 통과하여 웨이퍼 표면에 투영된 영역(노광부)과 투영되지 않은 그림자 영역(비노광부)을 명확하게 구분한다. 노광은 UV 빛을 사용하며, 이때 PR에 UV 빛이 노출되면 PR에 있는 폴리머 중합체들의 연결고리가 끊어진다. PR에 반응하는 UV파장은 백색광에 내포되어 있으므로 lithography 공정은 Yellow room에서 진행되어야 한다. 또한, 노광은 hard contact 방식으로 진행한다. 웨이퍼와 Mask가 밀착되어 있어서 빛의 회절을 줄이게 되어 mask pattern을 비교적 정확히 전달하는 것이 가능하지만, 밀착으로 인하여 mask과 웨이퍼가 손상을 입을수도 있다.
4) PEB(Post Exposure Bake)
노광 후 웨이퍼를 hot plate 위에 올려 115℃로 2분간 PEB 과정을 거친다. PEB의 주요 목적은 열을 이용하여 PAC(Photo Active Compound)를 재결합시켜 감광액의 표면을 평탄화하는 것이다. 공정 중에 온도가 많이 올라간 상태이기 때문에, 중간중간 여유 시간을 두고 열을 식히면서 진행해야 한다.
5) Development
Development 노광된 영역과 노광 되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하는 공정이다. Metal tray에 Fig. 6과 같이 developer 용액에 30초 동안 담궈 흔들어준다.
7) Cleaning
Development가 진행이 된 후 DI water에 세척한 뒤 air gun을 사용하여 잔여물을 완전히 제거한다. Fig.7 은 development가 진행이 된 웨이퍼의 패턴을 현미경을 통해 관찰한 것이다. 흰색 부분이 PR이고, 회색 부분은 하부 전극층이다. 관찰 결과, PR이 완전히 제거지지 않은 패턴 간 간격이 좁은 영역을 통해 development가 완벽하게 진행되지 않은 것을 확인하였다. 이를 해결하기 위해 Development와 cleaning을 과정을 한번 더 진행하였다.
8) Hard baking
Hard baking의 목적은 Cleaning 과정에서 사용한 DI water 잔여물을 완벽하게 제거하고, PR을 단단하게 하여 접착력을 향상시키는 것이다. 웨이퍼를 hot plate 위에 올려 105℃로 2분간 Hard baking 과정을 진행한다.
