1. 레지스트란?
레지스트는 에칭이나 납땜 등의 공정에서 기판의 특정 개소를 보호하기 위해 사용하는 재료입니다. 일반적으로 반도체 공정에서 사용되는 "포토레지스트"를 단순히 "레지스트"라고 부릅니다. 포토레지스트는 특정 파장의 빛을 흡수하면 화학구조가 변화하여 세정액, 현상액에 대한 용해성도 바뀝니다. 그 때문에, 기판에 레지스트를 도포한 후에, 회로 패턴을 그린 마스크 너머로 기판에 광을 조사하는 것으로, 일부의 레지스트만을 가용화, 혹은 불용화시키는 것이 가능합니다. 이 상태에서 현상액을 이용하여 기판을 세정하면 가용한 레지스트만이 용출되고, 기판의 일부만이 레지스트에 보호된 상태를 만들어낼 수 있습니다. 또한, 레지스트에는 빛이 조사된 부위가 현상액에 용해되는 「포지티브형 레지스트」와, 빛이 조사된 부위가 불용화하는 「네거티브형 레지스트」가 있습니다.
2. 레지스트 사용 용도
레지스트란 에칭이나 납땜 등의 공정에 있어서 특정 장소를 보호하는 재료입니다. 반도체 프로세스에 있어서의 감광제인 「포토레지스트」를 단순히 「레지스트」라고 부르는 경우가 많기 때문에, 본 기사에서도 포토레지스트에 대해서 소개합니다. 포토레지스트는 빛을 조사함으로써 화학구조가 변화하고, 내약품성을 발현하거나 반대로 현상액에 용해하거나 하는 성질이 있습니다. 이 성질을 이용하여, 실리콘 웨이퍼 상에 도포된 레지스트에 대하여 소정의 패턴을 그린 마스크 너머로 빛을 조사하고, 마지막으로 현상액으로 세정함으로써 레지스트가 없는 가공 부분과 레지스트에 보호되고 비 가공 부분을 기판 상에 생성할 수 있습니다. 이러한 레지스트는 고집적화, 미세화된 반도체 집적회로의 제조에 빠뜨릴 수 없는 재료의 하나입니다.
3. 레지스트 사용 방법
반도체 제조 공정에서는 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리에 의해 깎아내어 미세한 요철을 만듭니다. 이 에칭 처리에 있어서 기판을 선택적으로 보호하는 것이 레지스트입니다. 우선 기판상에 레지스트를 균일하게 도포한 후, 레지스트에 IC 회로를 그린 마스크 너머에 빛을 조사합니다. 이 때, 광이 조사된 장소의 레지스트는 광을 흡수하여 화학 구조가 변화하기 때문에, 광조사의 유무에 의해 현상액에 대한 레지스트의 용해성을 바꿀 수 있습니다. 「포지티브형 레지스트」라고 불리는 레지스트에서는 광조사된 장소가 가용이 되고, 「네거티브형 레지스트」에서는 광조사되지 않은 장소가 가용이 됩니다. 이와 같이 기판 상에 레지스트가 선택적으로 잔존한 상태에서 에칭함으로써 레지스트가 없는 영역만 선택적으로 기판을 깎을 수 있다. 그리고 에칭 후에 기판에 잔존한 레지스트를 제거, 세정함으로써 기판의 패턴 형성이 완료된다.
4. 레지스트 및 액정 디스플레이
레지스트에는 안료 등의 색채를 넣은 잉크인 컬러 레지스트라고 불리는 것이 있습니다. 유리 기판 상에 도포된 컬러 레지스트는 자외선 등의 광을 조사함으로써 경화되기 때문에, 광조사 후의 레지스트는 현상액에 흐르지 않는다. 액정 디스플레이는 빨강, 파랑, 녹색의 삼원색으로 패턴이 형성되어 있으며, 여기에 컬러 레지스트가 사용되고 있습니다. 우선 적색의 컬러 레지스트를 도포하고, 소정의 위치만을 광경화시킨 후 현상액으로 세정하고, 이어서 청·녹색의 컬러 레지스트에 대해서도 마찬가지의 조작을 행함으로써 적·청·녹의 패턴을 형성하는 것 수 있습니다.
5. 레지스트의 종류
레지스트 재료는 「포지티브형」 「네거티브형」이라고 하는 분류 외, 흡수하는 빛의 파장마다 분류할 수 있습니다. 반도체 제조 공정에 있어서의 노광 장치 에서는 g선(파장 436nm), i선(365nm), KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm)가 이용되고 있어, 각각의 파장을 흡수하는 구조를 가진 레지스트 가 판매되고 있습니다. 예를 들면 g선, i선용의 포지티브형 레지스트에서는 노볼락 수지와 1,2-나 프토퀴논디아지도술폰산 에스테르(NQD)계 화합물로 이루어지는 화합물이 이용되고 있습니다. 이 화합물은 NQD가 소수성이며 일반적으로 알칼리 수용액에 불용성입니다. 그러나 g선이나 i선을 조사하면 NQD 부위가 분해되어 친수성 화합물로 변화합니다. 그 결과, 조사 후의 레지스트는 알칼리성의 현상액에 용해시킬 수 있다. 그 외, KrF 레이저용 포지티브형 레지스트에서는 노광에 의해 산을 발생시키고, 그 산의 촉매 반응에 의해 노광 부위의 레지스트의 변화를 촉진시키는 화학 증폭형 포토레지스트가 사용되고 있습니다.
6. 레지스트 도포 장치란?
레지스트 도포 장치란, 기판 등 목적의 물체의 표면에 레지스트 재를 도포하기 위한 장치입니다. 레지스트재란, 광에 대한 감수성을 갖는 수지로 이루어지는 전자 재료를 말한다. 레지스트 도포 장치는 도포 방식에 따라 스핀 코터와 스프레이 코터로 구분됩니다. 일반적으로 레지스트 도포에 사용되는 것은 전자의 스핀 코터입니다. 스핀 코터는 1에서 수십 미크론 정도의 두께까지의 성막이 가능하고, 평탄한 것에의 도포에 적합한 장치입니다. 표면의 기복이 많은 입체적인 것에의 도포에는, 스프레이 코터가 이용됩니다.
7. 레지스트 도포 장치의 사용 용도
레지스트 도포 장치로 도포하는 레지스트재는 반도체의 가공에 사용되는 재료입니다. 그 때문에, 레지스트 도포 장치는 반도체의 제조 공정에 편입되는 경우가 많습니다. 레지스트재는, 레이저 가공등에 있어서의 포토마스크의 역할로 이용됩니다. 작업자의 손에 의한 수동 조작으로 레지스트재를 도포할 수도 있지만, 마감 등을 균일하게 갖추어 성막 하는 것은 어려울 것입니다. 도포할 수 없는 부분이 생기거나, 두께가 부족하거나 하거나 하면 그 후의 가공을 잘할 수 없어, 품질이 변동해 버립니다. 레지스트 도포 장치에 의해 균일하게 레지스트재를 도포하는 것은, 품질 관리의 관점에서는 매우 중요합니다.
8. 레지스트 도포 장치의 원리
레지스트 도포 장치는 전술한 바와 같이, 스핀 코터와 스프레이 코터가 주류입니다. 스핀 코터와 스프레이 코터는 적용 방식이 다릅니다.
스핀 코터
스핀 코터는 원심력을 이용하여 도포하는 장치입니다. 도포하고 싶은 물체에 레지스트재를 적하한 후, 그 물체를 고속으로 회전시킵니다. 이 회전에 의해 원심력이 발생하는 것으로, 레지스트재를 구석구석까지 넘어갈 수 있습니다.
스핀 코터에 의한 도포를 실시할 때는, 표면의 기복의 부분에서 레지스트재의 퍼짐이 멈추어 버리는 일이 있기 때문에, 기복이 심한 것의 경우는 도포가 곤란합니다. 이 경우 스프레이 코터를 사용할 수 있습니다.
스프레이 코터
스프레이 코터는 스프레이 분무에 의한 도포 방식이 채용된 장치입니다. 레지스트재를 스프레이로 분사하여 도포를 실시합니다. 장치에 따라 균일한 도포를 실시하는 구조는 다양하고, 스프레이 노즐을 움직여 각부의 도포를 실시하거나, 스프레이 노즐은 고정한 채로 도포 대상의 물체를 회전시키거나 하는 장치가 있습니다.
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