이제 아주 비싼 '붕어빵 틀(마스크)'이 준비되었으니, 본격적으로 웨이퍼라는 반죽 위에 회로를 찍어낼 차례입니다.
이 과정을 노광 공정(Photolithography)이라고 부릅니다. 반도체 제조 공정 중 가장 시간이 많이 걸리고 비용도 많이 드는, 한마디로 반도체 공정의 꽃이라 할 수 있죠.
📸 노광 공정: 빛으로 그리는 사진술
노광(露光)은 한자 그대로 '빛에 노출시킨다'는 뜻입니다. 사진을 현상하는 원리와 거의 똑같아서 '포토(Photo) 공정'이라고도 부르죠. 아주 쉽게 4단계로 요약해 드릴게요.
1. 감광액 도포 (Photoresist Coating)
먼저 깨끗한 웨이퍼 위에 빛에 반응하는 특수 물질인 감광액(PR, Photoresist)을 얇고 고르게 바릅니다. 웨이퍼를 아주 빠르게 회전시켜서 원심력으로 펴 바르는데, 이걸 스핀 코팅(Spin Coating)이라고 합니다. 이제 웨이퍼는 빛을 받을 준비가 된 '인화지' 상태가 됩니다.
2. 정렬 및 노광 (Alignment & Exposure)
가장 중요한 단계입니다. 노광 장비(Stepper 또는 Scanner) 안에 마스크와 웨이퍼를 넣습니다. * 위에서 아주 강력한 빛(UV 또는 EUV)을 쏩니다. * 빛이 마스크를 통과하면서 마스크에 새겨진 회로 패턴 모양 그대로 웨이퍼 위의 감광액에 전달됩니다. * 이때 렌즈를 이용해 마스크의 패턴을 1/4 또는 1/5 크기로 축소해서 찍어냅니다. 그래야 더 미세하게 만들 수 있으니까요.
3. 현상 (Development)
빛을 받은 웨이퍼에 '현상액'을 뿌립니다. * 양성(Positive) PR: 빛을 받은 부분이 녹아 없어집니다. * 음성(Negative) PR: 빛을 받지 않은 부분이 녹아 없어집니다. 이렇게 하면 마스크와 똑같은(혹은 반전된) 회로 모양의 감광액 패턴만 웨이퍼 위에 남게 됩니다.
4. 검사 (Inspection)
패턴이 제대로 그려졌는지 현미경으로 검사합니다. 만약 줄이 비뚤어졌거나 먼지가 들어갔다면? 다행히 이 단계에서는 감광액을 싹 지우고 다시 처음부터 찍을 수 있습니다. (이를 'Rework'라고 하는데, 엔지니어 입장에서는 최대한 피하고 싶은 일이죠.)
📏 왜 노광 공정이 반도체의 핵심인가요?
반도체의 성능은 "얼마나 선을 얇게 그리느냐"에 달려 있습니다. 선이 얇을수록 같은 크기의 칩에 더 많은 트랜지스터를 넣을 수 있기 때문이죠.
여기서 그 유명한 ASML의 EUV 장비가 등장합니다. * 과거 (ArF): 파장이 193nm인 빛을 사용했습니다. 붓이 두꺼워서 세밀한 그림을 그리기 힘들었죠. * 현재 (EUV): 파장이 13.5nm인 극자외선(EUV)을 사용합니다. 훨씬 얇은 붓으로 세밀한 그림을 그릴 수 있게 된 것입니다.
엔지니어 비유: > 일반 UV 공정이 '매직기'로 그림을 그리는 것이라면, EUV 공정은 아주 날카로운 '샤프'로 정밀 소묘를 하는 것과 같습니다.