세미툰 인터랙티브 교과서 · 노광

빛으로
가공할 자리를
정하다

웨이퍼 위의 수많은 층은 모두 "어디를 남기고 어디를 깎을지"를 먼저 정해야 만들어진다. 그 자리를 빛으로 감광막에 그리는 일이 노광, 현장에서 부르는 포토다. 이 교과서는 빛이 감광막의 용해도를 바꾸는 화학에서 출발해, 코팅·베이크·현상을 맡는 Track, 회절과 해상도의 물리, Dose와 Focus가 만드는 공정 윈도, Reticle과 OPC, Scanner의 구조, EUV와 High-NA, 층과 층을 겹치는 Overlay와 멀티 패터닝, 계측, 현업에서 부딪히는 문제까지 시뮬레이터로 직접 움직여 보며 익히게 한다.

1장부터 시작하기 → 전체 목차
12개 챕터 공대 학부 수준 장비와 현업 노트 면접 포인트 시뮬레이터 76개 참고문헌 320여 개 · 모든 근거에 출처
분홍색 카메라 모양 머리를 한 세미툰 캐릭터 포토가 작은 카메라로 빛을 쏘는 그림포토 · 빛으로 회로의 자리를 그리는 친구

첫 실험: 피치를 줄이면 무늬는 어디서 사라질까

마스크의 선과 틈이 빛의 파장에 가까워지면, 빛은 그림자를 만들지 않고 여러 갈래로 퍼진다(회절). 렌즈가 그 갈래를 충분히 모으지 못하면 웨이퍼에 닿는 빛의 무늬(공간상)가 흐려지고, 어느 피치 아래에서는 아예 평평해진다. 광원을 바꾸고 피치를 줄여 보며 무늬가 사라지는 지점을 찾아보자. 4장에서 이 한계를 식으로 풀고, 5장에서 Dose와 Focus를 함께 다룬다.

SIMULATOR

마스크 → 공간상 → 감광막 무늬

광원과 렌즈
마스크의 차광 선공간상(빛의 세기)감광막이 녹는 문턱현상 뒤 남은 감광막
공간상 대비—
남은 감광막 선폭—
k₁ = (피치/2)·NA/λ—
이 장비의 최소 피치 λ/(NA(1+σ))—
해볼 것: ① ArF 액침에서 피치를 160 nm부터 천천히 줄여 보자. 110 nm까지는 무늬가 남지만 100 nm에서는 빛의 세기 차이(대비)가 너무 작아 틈이 열리지 않고, 최소 피치(약 95 nm) 아래에서는 공간상이 완전히 평평해진다. ② 피치 160 nm에서 광원을 바꿔 보자. ArF 액침의 대비는 0.92, ArF 건식은 0.28이고 KrF에서는 무늬가 사라진다. 파장이 길거나 렌즈의 NA가 작을수록 더 넓은 피치에서 무늬가 사라진다. ③ EUV로 바꾸면 40 nm 피치도 또렷하게 찍힌다. 파장이 ArF보다 14배 넘게 짧기 때문이다. ④ ArF 액침 피치 110 nm처럼 대비가 약한 곳에서 Dose를 0.5나 2로 밀어 보자. 틈이 열리지 않거나 선이 모두 녹는다. 대비가 큰 160 nm에서는 같은 Dose 변화에도 선폭만 약 116 nm에서 50 nm로 바뀐다. 대비가 클수록 공정 여유가 크다(5장). (학습용 모델: PHOTO 엔진의 1차원 공간상 계산(스칼라 Abbe 모델, 원형 조명 σ = 0.5, 초점은 맞음)과 문턱 감광막 모형(기준 Dose에서 문턱 0.3). 선과 틈은 같은 폭. 장비별 NA는 KrF 0.93, ArF 건식 0.93, ArF 액침 1.35, EUV 0.33으로 둔 예시 값이다.)

숫자로 보는 노광

이 교과서를 끝내면 아래 숫자가 어디서 나오는지, 공정에서 무엇을 뜻하는지 설명할 수 있게 된다.

26 × 33 mm

Scanner가 한 번에 찍는 최대 영역(Field). 4배로 줄여 찍으므로 Reticle 위의 무늬는 이보다 네 배 크다. ASML·Nikon·Canon이 모두 같은 크기를 쓴다(1·7장).

15 ppb, 15분

공기 중 아민(염기)이 이 정도만 있어도 화학 증폭형 감광막의 윗부분이 녹지 않는 T-top이 생긴다. 노광 뒤 대기 시간을 관리하는 이유다(2장).

91 %

TEL이 자사 실적 자료에서 밝힌 2025년 Coater/Developer 세계 점유율(회사 자료). 노광 장비 옆에 붙어 막을 바르고 현상하는 Track이다(3장).

4,000개

ASML FlexRay 조명계가 빛의 모양(동공)을 만들 때 하나하나 조절하는 작은 거울의 수(회사 자료). 무늬마다 가장 좋은 조명을 고른다(4장).

약 20개 대 290개

30 mJ/cm²로 노광할 때 nm²마다 떨어지는 EUV와 ArF 광자 수(계산). EUV는 광자 하나의 에너지가 커서 수가 적고, 그만큼 무늬가 통계적으로 흔들린다(8장).

2.4 → 1.6 nm

국제 로드맵(IRDS)이 제시한 로직 Overlay(3σ) 요구가 몇 세대 사이에 줄어드는 폭. 층과 층을 원자 몇 개 거리 안에서 겹쳐야 한다(9장).

이 책을 읽는 방법

눈으로 읽고 끝나는 책이 아니다. 숫자를 바꿔 보고, 결과를 먼저 예측해 보고, 왜 그런지 설명해 보는 책이다.

읽기개념과 원리를 먼저 쉬운 말로. 영어 용어는 현장에서 쓰는 그대로 두고 뜻을 풀어 쓴다.
바꿔 보기실험 카드의 값을 끝까지 밀어 보자. 무너지는 지점에서 가장 많이 배운다.
예측하기예측 카드는 결과를 보기 전에 답을 먼저 고른다. 도전은 목표를 맞히는 문제다.
현업 노트현업 노트는 공개 논문과 장비사 자료에 근거해 현장에서 조심하는 지점을 짚는다.
면접 포인트면접 포인트는 그 장의 개념을 원인 → 결과 → 확인 방법으로 이어 말하는 연습이다.

전체 챕터

1~5장은 노광의 원리(감광막, Track, 광학, 공정 윈도), 6~8장은 Reticle과 Scanner·EUV 장비, 9~10장은 패터닝과 계측, 11장은 현업의 이상 분석이다.

세미툰 공정 교과서 시리즈

반도체 공정을 한 권씩 나누어 같은 방식으로 만든다. 캐릭터마다 맡은 공정이 있다.

이 페이지의 근거

홈 화면의 숫자 카드에 쓴 근거만 모았다. 각 장 끝에는 그 장에서 인용한 참고문헌이 있고, 책 전체의 참고문헌은 12장 · 전체 참고문헌에서 한꺼번에 볼 수 있다. 근거: 최대 Field와 4배 축소, 아민 오염과 T-top, Coater/Developer 점유율, FlexRay 거울 수, 광자 수 계산에 쓴 상수, 로직 Overlay 요구. 첫 실험의 장비별 NA 예시는 각 장비사 자료를 따랐다.