엑스선 리소그래피

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2016.04.16 / 2016.04.16
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본문내용: 리소그래피 (Lithography)
집적 회로 제작 시 실리콘칩 표면에 만들고자 하는 패턴을 빛으로 촬영한 수지를 칩 표면에 고정한 후 화학 처리나 확산 처리하는 기술. 이 기술의 핵심은 짧은 파장의 빛을 사용하여 정밀도를 높이는 것으로, 처음에는 가시광선, 자외선을 사용했으나 최근에는 전자 빔을 사용해 더 미세한 패턴을 만든다.
엑스선리소그래피 (－線－ X-ray lithography)
집적회로를 만드는 기술의 일종. 집적회로를 만드는 기술은 본질적인 부분에서 사진기술을 이용한다. 실리콘칩 표면에 형성하려는 부품의 패턴을 빛의 상(像)으로 투영하고, 빛을 감지하는 레진(수지)에 의해 그 패턴을 표면에 고정시킨 후 화학처리나 확산처리를 한다. 이것을 총칭하여 리소그래피라고 한다. 따라서 얼마나 미세한 패턴을 그릴 수 있는가는 사용하는 빛의 파장에 따라서 결정되는데, 단파장을 사용할수록 정밀도가 높은 패턴을 얻을 수 있다. 처음에는 눈에 보이는 파장의 빛(가시광선)을 사용했으나 곧 자외선(UV)을 사용하게 되었고, 최근에는 필요에 따라 전자빔(eb)을 사용해서 1㎛ 이하의 세밀한 패턴을 취급하고 있다. 이것을 서브미크론기술이라고 한다. 그 다음으로 기대되는 것은 파장이 더 짧은 X선인데, 이것은 싱크로트론(synchrotron)의 궤도(orbit)인 대형 링 속에서 전자를 고속도로 회전시키다가 전기장을 걸어 운동방향을 전환시킴으로써 복사(radiation)시킬 수 있다. 따라서 이렇게 해서 얻은 X선을 싱크로트론복사광(약칭 SOR 또는 SR)이라 한다. 지금까지 SOR를 얻는 데 지름 100m 이상의 대형 링이 사용되고 있지만, 세계 각국에서는 이것의 소형화 연구가 진행되고 있다.
나노리소그래피 [nano-lithography]
나노테크놀러지는 나노 구조를 만들고, 이를 다룰 수 있는 기술을 그 기반으로 한다. 나노 구조를 만드는 방법으로는 먼저 커다란 구조에서 출발하여 이것을 점차 미세한 구조로 잘라내가는 톱다운(top down) 수법과 원자ㆍ분자로부터 자연계의 섭리에 의하여 나노 구조가 자동적으로 형성되는 현상을 이용하는 보텀업(bottom up) 수법이 있다.
이가운데 전자의 대표가 리소그래피(전사기법) 기술이다. 마이크로칩 회로 요소를 제작하는 데 하나의 핵심적 공정인 이 기술은 반도체 집적회로의 집적도의 진전과 더불어 계속 진화하고 있다. 이 기술의 발달로 나노 영역에서의 가공을 가능하게 하는 나노리소그래피 기술이 개발되었다. 나노리소그래피는 통상 레지스트라고 하는 재료에 먼저 미세 패턴을 만들고, 그것을 다양한 방법으로 전사하여 나노 구조를 만들어내는 것이다.
레지스트에 나노 영역의 패턴을 형성하기 위해서는 X선리소그래피(X-ray lithography)전자빔리소그래피(electron beam lithography)가 이용된다
전자빔리소그래피 [electron beam lithography]
전자회로가 현재처럼 집적회로로 미세화한 것은 1장의 실리콘웨이퍼(圓板) 표면에 수많은 부품을 제작 부착시킬 수 있는 기술 때문이다. 이 기술의 기본은 미세한 회로 패턴을 새기는 리소그래피 기술이다.
이제까지는 포토마스크를 통해 빛으로 감광재료(感光材料)에 노광(露光)하는 광(光) 리소그래피 방식이 이용되었으나, 점차 고밀도 패턴을 작성하는 새로운 방식이 필요해짐에 따라 1970년대 중반부터 각종 전자선 묘화장치(電子線描畵裝置)가 개발되었다. 이 장치는 이미 일부 반도체의 제조에 실용화되고 있으며, 버블메모리 제작 등에도 이용된다. 전자선 묘화장치의 본체는 주사형(走査型) 전자현미경과 비슷하며, 전자총(電子銃) ·전자렌즈 ·편향계(偏向系) ·시료대(試料臺) 등으로 구성되어 있다.
텅스텐 등의 음극에서 방사된 전자선을 수십 kV로 가속시켜 전자렌즈로 수속(收束), 편광계로 주사하여 미세패턴을 레지스트에 노광한다. 패턴을 그리는 방식을 대별하면, 텔레비전처럼 전시야를 아주 작은 스포트라이트로 주사하여 패턴에 맞게 전자선을 점멸(點滅)하는 래스터 주사방식과, 원형 ·직사각형의 스포트라이트로 패턴의 노광부분을 빈틈없이 덮어버리는 벡터 주사방식으로 나눈다.
패턴의 해상한계(解像限界)는 빛의 경우, 빛의 파장(약 0.5 μm )에 의해 주어지며, 전자빔의 경우는 문제도 되지 않을 만큼 파장이 작기 때문에(약 10만분의 1 μm ) 렌즈와 편향계의 수차(收差)로 결정된다. 생산성과의 균형 때문에 보통 0.1 μm 정도의 해상도(解像度)를 가진다.

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