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Photolithography 와 Sol Gel process

Photolithography1. 배경Photo-Lithography는 반도체와 같이 nano급의 미세한 Patterning을 하기 위한 공정 중 하나이다. 해석을 하자면 사진 석판화인데, 이 것은 우리가 초등학교 과학시간에 배웠던 판화실습과 유사하다. 미세 가공기술 개발의 선두에 있는 DRAM 기술을 포함한 여러 반도체 공정에 있어 Lithography 기술은 전체 기술의 개발에 중요한 요인이 되어왔다. Lithography는 시스템 집적 반도체를 포함한 기억소자와 마이크로 프로세서(micro processor)등의 실리콘 소자뿐만 아니라 화합물 소자나 Thin film disk head, Ink jet printer head 그리고 LCD 및 MEMS(micro-electro-mechanical system) 등을 만들기 위한 매우 중요한 기술이다. Lithography 공정은 전체 반도체 제조 공정의 약 35%를 차지하는 매우 중요한 기술로서, 반도체 집적소자의 초 고집적화 및 이를 위한 초미세화 기술을 이끌어가고 있다2. 원리Lithography는 앞서 말했듯이 석판화 이다. 따라서 어떤 판에 무언가를 새기는 작업임을 알 수 있다. 실제 Lithography는 Wafer 라 불리는 반도체기판에 Resistor, Capacitor, Inductor 등의 기능을 하는 길(회로도)을 새겨서 메모리 등의 기능을 할 수 있게 작업을 하는 것 이다. Lithography의 공정기술의 종류는 매우 많지만 그 중에서 Photo-Lithography의 경우 기본 구성은 광원, Wafer(기판), Mask(마스크), 프로젝터 렌즈로 구성되어 있다.좌측 그림은 Photo-Lithography의 구성도로 광원은 빛이 나오는 곳 이고, Mask는 기판에 새길 모형, 회로도를 그린 것 이다. 그리고 가운데 타원형의 그림은 Projector-Lens로 빛을 모아주는(집광) 역할을 한다. Wafer는 마스크의 회로도가 새겨지는 판이다. 원리를 설명해보면 광원으로부터 나온 빛은 Mask를 통과하는데 마스크는 투과형 광학계로 빛이 투과하지 못하는 부분과 빛이 투과할 수 있는 부분으로 나누어져 있다. 이렇게 마스크를 통과한 빛은 그대로 프로젝터 렌즈로 입사하여 프로젝터 렌즈에 의해 집광이 되는데 집광이 된 빛은 마스크의 상을 작아지게 만든다. 이렇게 작아진 상은 기판에 도달하게 되는데 기판은 PR(Photo resist)가 발라져 있어서 빛이 닿는 부분과 빛이 닿지 않은 부분에 대해서 화학반응이 일어나 분자간 결합이 약해져서 떨어지는 부분과 그렇지 않은 부분이 되어 마스크의 모형이 기판에 새겨지게 된다. 이 것은 우리가 초등학교 과학시간에 해보았던 판화실험과 비슷한 원리이다. 보통 우리가 반도체 산업에서 사용하는 마스크와 기판에 새겨지는 상의 비율은 4:1로 마스크의 상이 1/4로 축소되어 기판에 새겨진다.Sol-gel Process1. 배경최근 과학의 발달로 많은 제품들은 정밀하고 미세한 입자로 고기능성의 특성을 가지는 재료가 요구됨에 따라 화학적, 물리적 방법 등 여러 가지 원리들을 이용해 재료의 특성을 향상시키려는 연구에 많은 관심이 집중되고 있다. 또한 파인 세라믹의 특성은 과거와는 달리 뛰어난 화학적, 물리적, 열적, 광학적 성질을 가지고 있으므로 그 응용분야가 다양해지고 있는 추세이다. 그 중 대표적은 방법으로 sol-gel법을 들 수 있는데 sol-gel법은 1970년대 들어서 양질의 유리와 세라믹스의 제조로 각광받기 시작하여 최근에는 박막 코팅공정의 발전으로 여러 산업분야에서 응용이 되고 있다. sol-gel법을 이용할 경우 낮은 공정온도와 졸의 우수한 화학적 균질성과 유동성 그리고 겔화 특성 및 겔의 높은 반응성 등의 장점을 지니고 있어 복합산화물 미분말을 합성하는데 응용되고 있다.2. 원리Sol-Gel Process는 Sol-Gel 세라믹스를 제조하는 방법이다. sol은 콜로이드나 무기물 단분자 고체 분자들이 분산되어 있는 현탁액 상태로, 반응이 지속됨에 따라 분산된 고체 분자들이 고분자화 되어 연속적인 고체 망목 구조(network structure)를 이루어 유동성을 잃은 gel상태가 된다. 그리고 겔을 열처리함으로써 세라믹스를 만든다. 이러한 Sol-Gel 법을 분류하면 아래 그림과 같다.졸은 particulate 졸과 polymeric 졸 두 가지로 나눌 수 있다. particulate 졸은 미세한입자가 액체 중에 분사된 것으로 액체의 양이 줄어들거나 입자의 양이 많아지면 유동성이 줄어들고 점도가 급격히 증가하면서 겔 화가 진행되고, polymeric 졸은 액체 내에 입자가 고분자 상태로 분산되어 있는 경우를 말하며 주로 유기금속화합물이 polymeric 졸을 만든다. 일반적으로 알콕사이드 sol-gel법의 출발물질로 사용되는 알콕사이드로부터 제조되는 중합겔(polymeric gel)은 공유결합에 의해 연결되므로 비가역적이고 영구적인 겔로서 화학적 겔(gel)이며, 콜로이드 졸-겔법에서 반데르발스힘에 의해 형성되는 입자겔(particulate gel)은 분산이 가역적이므로 물리적 겔(gel)이다4). 졸-겔 세라믹스를 제조하는 공정을 아래 그림에 나타난 것과 같다.알콕사이드를 출발물질로 하는 sol제조의 경우, 일반적으로 수용액이나 유기용매에서 가수분해 (hydrolysis)와 축합(condensation)반응을 거친다. 이런 과정에 의해서 형성된 sol입자들은 중축합(polycondensation)에 의해 M-O-M 결합인 무기 polymer 형태의 올리고머(oligomer)로 성장하게 된다. 그러나, 최근 박막공정에서 MOD법이라고 하여 알콕사이드 졸-겔 반응의 기본 반응인 가수분해나 축합반응을 무시하고, 유기물의 열분해 및 증발과 같은 열 반응에 의해 산화물박막을 제조하는 공정 또한 졸-겔 공정의 일부이다.

자연과학| 2013.05.26| 3페이지| 1,000원| 조회(112)

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