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도포 (제조)

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도포(塗布)는 다양한 산업 및 과학 분야에서 사용되는 중요한 공정으로, 특정 물질을 표면에 균일하게 바르는 과정을 의미한다. 도포 공정은 반도체 제조, 코팅, 페인팅, 인쇄 등 여러 분야에서 필수적인 단계로 활용된다.

개요[편집]

도포는 주로 반도체 제조 공정에서 사용되는 용어로, 다양한 재료를 기판 위에 균일하게 분산시키기 위해 사용하는 프로세스를 의미한다. 도포 공정은 반도체 웨이퍼 위에 레지스트, 절연체, 또는 기타 보호 층을 균일하게 코팅하는 단계이다. 이 과정은 리소그래피와 같은 다른 공정과 함께 사용되어, 원하는 패턴을 생성하거나 특정 영역을 보호하는 데 도움을 준다.

도포 공정은 주로 레지스트를 웨이퍼 위에 고르게 분포시키는 데 사용되며, 스핀 코팅(Spin Coating) 방식이 일반적이다. 스핀 코팅은 웨이퍼를 고속 회전시켜 표면에 일정한 두께로 레지스트를 펴 바르는 방식이다. 이 외에도 슬롯 다이 코팅(Slot-Die Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 디핑(Dipping) 등 다양한 도포 방식이 사용된다.

도포 방법[편집]

도포 방법은 사용되는 물질과 응용 분야에 따라 다양하다. 주요 도포 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.

  • 스핀 코팅 (Spin Coating): 회전하는 기판 위에 액체를 떨어뜨려 원심력을 이용해 균일한 두께로 도포하는 방법이다. 주로 반도체 제조 공정에서 포토레지스트를 도포하는 데 사용된다.
  • 슬롯 다이 코팅 (Slot Die Coating): 슬롯 다이를 통해 액체를 기판 위에 균일하게 도포하는 방법이다. 주로 디스플레이 제조 공정에서 사용된다.
  • 스크린 프린팅 (Screen Printing): 스크린을 통해 잉크나 페이스트를 기판에 도포하는 방법이다. 주로 인쇄, 전자 및 태양광 패널 제조에 사용된다.
  • 스프레이 코팅 (Spray Coating): 분무기를 이용해 액체를 기판에 분사하여 도포하는 방법이다. 주로 자동차 도장 및 건축 코팅에 사용된다.
  • 디핑 : 기판을 도포액에 담그고 꺼내는 방식으로, 두께와 균일성을 쉽게 조절할 수 있다. 주로 유기물 및 무기물 층의 도포에 사용된다.

도포장비[편집]

도포장비는 다양한 산업에서 접착제, 코팅제 등을 정밀하게 도포하는 데 사용된다. 주요 도포장비의 종류는 다음과 같다.

  • 디스펜서: 정량 토출 장치로, 주로 전자 부품의 접착제나 코팅제를 도포하는 데 사용된다. 공압, 용적 계량식, 비접촉 방식 등 다양한 방식이 있다.
  • 롤 코터: 평면 기재에 도포하는 장비로, 그라비어 코터, 리버스 코터 등 여러 방식이 있다. 주로 필름이나 시트에 사용된다.
  • 스핀 코터: 회전력을 이용해 균일하게 도포하는 장비로, 주로 반도체 제조에 사용된다.
  • 잉크젯 코터: 잉크젯 프린터와 유사한 방식으로, 미세한 도포가 가능하다.

도포 공정의 응용 분야[편집]

도포 공정은 다양한 산업에서 중요한 역할을 한다. 주요 응용 분야는 다음과 같다:

Vapor prime(HMDS도포)[편집]

PR을 도포하기 전에 HMDS라는 가스를 w/f위에 도포하는 공정이다. w/f에 HMDS 가스를 왜 도포할까.

우선 w/f 위의 SiO₂는 극성물질이다. 즉, 친수성이다. 물과 친한 성질을 뜻한다. 하지만 PR은 소수성이다. 물과 친하지 않다. 따라서 친수성인 w/f 위의 SiO₂에 소수성인 PR을 도포하면 점착력이 떨어져 도포가 되지 않고 PR이 그냥 흐를 것이다. 즉, HMDS 가스를 도포함으로써 w/f와 PR의 Adhesion을 증가시킨다.

HMDS 도포

위 그림에서 보면 HMDS 도포 전에는 SiO₂표면에 dangling bond가 fab내의 H₂가스와 반응하여 -OH기를 만들어 극성을 띠고있다. HMDS(Hexa-Methyl-Di-Silazane)의 분자식은 (H₃C)3Si-NH-SI(CH₃)₃이다. 즉 w/f의 -OH기와 반응하여 무극성인 상태로 만들어준다.

PR(PhotoResisit)도포[편집]

Spin coating을 이용한 PR도포

HMDS를 도포하여 w/f를 소수성으로 만들어줬다면 PR을 도포한다. PR(PhotoResist)은 Solvent, Resin, PAC로 구성되어 있다.

① Solvent : 용매 ; PR의 대부분을 차지하며, PR의 점도를 결정한다. Bake시 휘발되는 물질로 고분자 화합물인 PR을 용액화 할 수 있다.

② Resin : 여러 고분자(Polymers)가 수천개씩 결합한 상태이다.

③ PAC : Photo Active Compound의 약자로 Sensitizer라고도 불린다. Positive PR의 PAC는 고분자의 결합을 끊는 성질, Negative PR의 PAC는 고분자의 결합을 단단하게 하는 성질을 띠고 있다. 즉, 특정 영역의 파장의 빛이 조사되면 PAC가 활성화되어 Resin(Polymer)의 결합에 영향을 준다.

스핀 코팅

PR에는 두 종류가 있다. Negative / Positive가 있는데 Negative PR은 특정 파장의 영역의 빛을 받고 현상을 하면 빛을 받은 부분만 남아있게 된다. 이와 반대로 Positive PR은 특정 파장의 영역의 빛을 받고 현상을 하면 빛을 받은 부분만 제거가 된다.

Spin coating stage별 회전 속도

PR을 도포하는 방법은 여러가지가 있는데 현재 제일 많이 쓰는 방법은 Spin coating이다. 주로 Track system 위에서 진행하는데 노즐에서 PR을 w/f 중앙에 분사한다. 그 다음에 w/f를 초저속 회전(~10 rpm) → 저속 회전(~500 rpm) → 고속 회전(3000~6000 rpm)을 해주어 총 30sec정도 회전을 시켜준다. 이렇게 stage별로 회전속도를 다르게 하는 이유는 한번에 빠른 속도로 회전시키면 w/f가 튕겨져 나갈뿐만 아니라 PR의 uniformity가 감소한다.

참고자료[편집]

같이 보기[편집]


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