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감광액
감광액(感光液, photoresist)은 빛에 노출되면 화학적 성질이 변하는 액체이다. 영어 발음에 따라 포토레지스트라고도 부른다. 감광액은 설계된 반도체 회로를 웨이퍼 위에 전사시킬 때 빛의 조사여부에 따라 달리 감응함으로서 미세회로 패턴을 형성할 수 있도록 하는 노광공정용 감광재료로 반도체와 TFT-LCD 등에 사용된다.
일본 산케이신문에 따르면 전 세계 감광액 수요의 90%를 신에쓰화학, JSR, 스미토모 등 일본 업체들이 생산하고 있다.
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개요[편집]
감광액은 반도체 제조 시 원판 표면 위에 미세한 회로를 그리기 위하여 빛을 이용하는 광학 공정에 사용되는 액체이다. 웨이퍼 위에 균일하게 입혀진 감광액은 빛에 노출되면 화학적 성질이 변하게 되는데, 그 부분만을 제거함으로써 웨이퍼 위에 원하는 감광액 패턴만을 남길 수 있다. 감광액은 빛에 노출된 부분이 제거되느냐, 노출되지 않는 부분이 제거되느냐에 따라 포지티브(positive) 및 네거티브(negative) 형으로 분류된다. 미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 막이 얇고 균일하며, 자외선 등에 대한 감도가 좋아야 한다.
감광액의 구성[편집]
감광액은 일반적으로 다음과 같은 주요 구성 요소로 이루어져 있다:
- 폴리머 (Polymer)
감광액의 주 성분은 고분자 물질로, 일반적으로 감광성 고분자가 사용된다. 이 고분자는 빛에 노출될 때 화학 구조가 변화하여, 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 간의 화학적 성질 차이가 발생하게 된다.
- 광개시제 (Photoinitiator)
광개시제는 감광액이 빛에 노출될 때 화학 반응을 촉진하는 물질이다. UV(자외선) 빛에 노출되면 활성화되어, 고분자와 반응하여 경화 또는 분해를 일으키는 역할을 한다. 이는 감광액의 노출된 부분이 다른 물리적 성질을 갖도록 변환시키는 데 필수적이다.
- 용매 (Solvent)
감광액은 일반적으로 용매와 혼합되어 사용된다. 용매는 감광액의 점도와 유동성을 조절하여, 균일한 도포가 가능하도록 도와준다. 감광액이 사용 후 경화된 후, 잔여 용매는 제거되어야 한다.
- 첨가제 (Additives)
감광액에는 필요한 물성을 조절하기 위해 여러 가지 첨가제가 포함될 수 있다. 예를 들어, 안정성을 높이기 위한 안정제, 경화 속도를 조절하기 위한 가속제 등이 있을 수 있다.
감광액의 종류[편집]
감광액은 주로 두 가지 주요 유형으로 나뉜다:
양성 감광액 (Positive Photoresist)[편집]
양성 감광액은 빛에 노출된 부분이 화학적으로 변하여 용해되는 성질을 가지고 있다. 즉, 노출된 영역은 후속 세척 공정에서 제거되고, 노출되지 않은 부분은 남아 패턴을 형성하게 된다. 이 방식은 높은 해상도를 유지하면서도 비교적 간단한 프로세스를 가능하게 한다.
음성 감광액 (Negative Photoresist)[편집]
음성 감광액은 노출된 부분이 경화되어 제거되지 않고, 노출되지 않은 부분이 용해되는 성질을 가진다. 즉, 노출된 영역이 경화되어 후속 공정에서도 남아 있게 된다. 이는 더 높은 내식성을 제공하지만, 처리 과정이 다소 복잡할 수 있다.
감광액의 제조 및 공정[편집]
감광액의 제조와 사용 과정은 다음과 같이 이루어진다.
제조 과정[편집]
감광액의 제조는 일반적으로 고분자 합성 및 조합 과정을 포함한다. 기본적인 제조 단계는 다음과 같다.
- 고분자 합성: 감광성 고분자를 합성하고, 필요에 따라 수정한다.
- 광개시제와 혼합: 적절한 광개시제를 선택하고, 원하는 특성을 고려하여 조합한다.
- 용매 혼합: 적절한 용매를 사용하여 최종 감광액을 제조한다.
도포 (Coating)[편집]
감광액은 웨이퍼 표면에 균일하게 도포되어야 한다. 이 과정은 주로 스핀 코팅(Spin Coating) 방식을 사용한다. 웨이퍼를 고속으로 회전시키며 감광액을 중앙에 떨어뜨려, 원심력으로 균일하게 도포한다.
노출 (Exposure)[편집]
도포된 감광액은 UV 빛에 노출된다. 이때 마스크를 통해 특정 패턴이 감광액에 인쇄된다. 노출되는 동안 빛의 파장, 세기 및 노출 시간은 매우 중요하며, 최적의 조건을 찾아야 한다.
현상 (Development)[편집]
노출 후, 웨이퍼는 현상 용액에 담가져서 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분이 제거된다. 이 과정에서 각 감광액의 성질에 따라 남겨질 패턴이 결정ㅚㄴ다.
경화 (Baking)[편집]
현상 후 웨이퍼는 열처리 과정을 거쳐 경화된다. 이는 감광액의 강도를 높이고, 이후의 공정에서 감광액이 안정적으로 유지되도록 도와준다.
감광액의 응용[편집]
감광액은 다양한 응용 분야에서 필수적으로 사용된다. 특히 반도체 제조 공정에서 그 중요성이 더욱 두드러진다.
- 반도체 제조
감광액은 반도체 칩의 미세 패턴을 형성하는 데 사용된다. 포토리소그래피 공정에서 감광액은 회로 패턴을 웨이퍼에 인쇄하여, 반도체 소자의 전기적 특성을 구현하는 데 중요한 역할을 한다.
- MEMS (미세 전자 기계 시스템)
MEMS 기기의 제조에서도 감광액이 활용된다. 미세 구조를 형성하고 조작하는 데 필요한 정밀한 패턴을 생성하기 위해 감광액이 사용된다. MEMS 기술은 센서, 액추에이터 및 마이크로기계 장치 등 다양한 분야에 응용된다.
- PCB(인쇄 회로 기판) 제조
PCB의 제조 과정에서도 감광액이 사용된다. 회로 패턴을 형성하는 데 필요한 레이아웃을 만들어 주며, 전자 기기의 기초적인 구조를 형성하는 데 필수적이다.
- 홀로그래피 및 광학 장치
감광액은 홀로그래피 및 다양한 광학 장치의 제조에도 사용된다. 특정 패턴을 형성하여, 광학적 특성을 조절하고 개선하는 데 기여한다.
감광액의 장점과 단점[편집]
감광액은 반도체 및 기타 분야에서 많은 장점을 가지고 있지만, 동시에 몇 가지 단점도 존재합니다.
장점[편집]
- 정밀성: 감광액은 매우 미세한 패턴을 형성할 수 있어, 고해상도의 제조가 가능하다.
- 유연성: 다양한 응용 분야에 맞춰 감광액의 종류를 조절할 수 있어 유연한 적용이 가능하다.
- 비용 효율성: 대량 생산에 적합한 프로세스를 통해 제조 비용을 절감할 수 있다.
단점[편집]
- 환경 문제: 감광액의 구성 성분 중 일부는 환경에 해로울 수 있으며, 적절한 폐기 및 처리 방법이 필요하다.
- 복잡한 공정: 감광액의 도포 및 현상 과정은 복잡할 수 있으며, 높은 수준의 기술이 요구된다.
- 제한된 내열성: 감광액은 고온 환경에서 물리적 성질이 변할 수 있으므로, 높은 온도에서의 안정성이 문제 될 수 있다.
감광액의 미래 방향[편집]
감광액의 기술은 끊임없이 발전하고 있으며, 앞으로도 더 나은 성능을 가진 감광액이 개발될 것으로 기대된다. 다음은 감광액의 발전 방향과 연구 주제이다.
- 친환경 감광액 개발 : 환경 문제 해결을 위해 유해 성분을 최소화한 친환경 감광액 개발이 중요하다. 이러한 연구는 지속 가능한 제조 공정을 위한 필수적인 요소이다.
- 고해상도 패턴 형성 : 더 미세한 회로를 형성하기 위해 고해상도 감광액의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 통해 반도체 기술의 발전을 이끌어낼 수 있을 것이다.
- 신기술과의 융합 : 인공지능(AI), 나노기술 등과의 융합을 통해 새로운 응용 분야를 개척할 수 있다. 특히, 나노기술과의 결합은 더 정밀한 구조와 특성을 가진 소자를 제조할 수 있는 가능성을 열어줄 것이다.
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈감광액〉, 《IT용어사전》
- 〈감광액〉, 《한경 경제용어사전》
- 진종문 교수, 〈포토(Photo) 공정 上편 - 감광액(PR) 도포하기〉, 《SK하이닉스》, 2019-01-09
- 이완 기자, 〈반도체 백혈병 논란 10년…끊이지 않는 ‘1급 발암물질’ 감광액 유출〉, 《한겨레》, 2017-11-27
- 강해령 기자, 〈'탈일본' 러시 불붙었다…日 스미토모, 한국서 반도체 EUV 포토레지스트 첫 출하〉, 《서울경제》, 2022-06-04
같이 보기[편집]
