고정 헤더 영역
상세 컨텐츠
본문
이번 포스트에서는 8대 공정 중 식각 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1) 식각 공정이란?
: 필요한 패턴을 제외한 나머지 부분을 물리적/화학적으로 제거하는 공정입니다.
2) 식각 공정의 주요 변수
1. Etch Rate (식각률)
: 일정 시간 동안 식각이 일어난 정도
2. Selectivity (선택비)
: 식각 하지 않아야 하는 물질의 식각 속도에 대한 식각 해야 하는 물질의 식각 속도의 비
3. Uniformity (균일도)
: 식각의 균일한 정도
3) 습식 식각 / 건식 식각
| 습식 식각 | 건식 식각 | |
| 방법 | Chemical Solution | Plasma |
| 응용 | 전면 식각 및 세정 | 미세 패턴 식각 |
| 원리 | Isotropic Etching (등방성) | Anisotropic Etching (비등방성) |
| 장점 | 높은 선택비 / 저비용 | 미세 패턴 식각 유리 / 오염 감소 |
| 단점 | 미세 패턴 식각 불리 | 상대적으로 낮은 선택비 |
※ Isotropic(등방성)과 Anisotropic(비등방성)은 무엇일까요?
등방성은 전방향성, 비등방성은 특정 방향성을 가진다고 할 수 있습니다.
다시 말해, Isotropic Etching은 모든 방향으로 식각이 동일하게 일어나 Vertical Etch Rate와 Horizontal Etch Rate가 같습니다.
반대로, Anisotropic Etching은 한 방향으로 식각이 일어나 Vertical Etch Rate가 Horizontal Etch Rate보다 훨씬 큽니다.
1. Wet Etching (습식식각)
습식 식각은 위에서 언급한 것과 마찬가지로 화학 용액을 이용하여 식각을 진행하는 것입니다.
식각 방법은 다음과 같은 것들이 있습니다.
1.1.Immersion 방식: : 화학 용액에 웨이퍼를 담가서 식각 진행
1.2. Spray 방식 : 웨이퍼를 회전시키며 화학 용액을 스프레이로 뿌려서 식각 진행
현재는 Immersion 방식이 가장 많이 사용되고 있습니다.
Wet Etching의 경우 가장 큰 문제는 Isotropic Etching이기 때문에 Under Cut*이 발생하기 쉽다는 것입니다.
따라서 이 때문에 미세 패턴 식각에 불리한 것입니다.
* Under Cut : Open된 영역보다 PR과 같은 보호막 아래로 식각되는 것
2. Dry Etching (건식식각)
건식 식각은 위에서 언급한 것과 마찬가지로 플라즈마를 이용하여 식각을 진행하는 것입니다.
식각 방법은 다음과 같은 것들이 있습니다.
2.1. Sputtering (Physical Etching)
: 반응성 가스 입자(Radical)의 플라즈마 상태를 이용하여 식각하고자 하는 막질을 물리적 반응으로 식각
식각 과정은 다음과 같습니다.
① 챔버 내 비활성 기체(Ar) 주입
② 가속된 전자가 전기적으로 중성 상태인 원자와 충돌해 원자들을 이온화
③ 생성된 이온이 표면을 가격하여 식각
2.2. Plasma Etching (Chemical Etching)
: 반응성 가스 입자(Radical)의 플라즈마 상태를 이용하여 식각하고자 하는 막질을 화학적 반응으로 식각
식각 과정은 다음과 같습니다.
① 챔버 내에서 반응성 가스 입자의 플라즈마 상태를 이용하여 반응 물질 생성
② 확산에 의해 표면으로 이동
③ 표면에 흡착
④ 화학반응에 의해 증발하기 쉬운 물질 생성
⑤ Gas Stream으로 확산되어 챔버 밖으로 방출
2.3. Reactive Ion Etching
: 반응성 가스 입자(Radical)의 플라즈마 상태를 이용하여 식각하고자 하는 막질을 물리적/화학적 반응으로 식각
식각 과정은 다음과 같습니다.
① 반응성 가스 입자의 플라즈마 상태 형성
② 플라즈마 내 반응 물질이 확산에 의해 표면으로 이동
③ 표면에 흡착
④ 플라즈마 내 양이온을 이용해 Ion Bombardment(양이온 충돌)을 일으켜 분자 간 결합 약화
⑤ 반응 물질과 쉽게 반응하여 증발하기 쉬운 물질 생성
⑥ Gas Stream으로 확산되어 챔버 밖으로 방출
최근 패턴이 더욱 미세화 됨에 따라 높은 종횡비를 얻는 것이 중요해졌습니다.
이에 따라 Deep RIE와 같은 공정 방법이 개발되었습니다.
간단히 말하자면 얇은 보호막을 증착하고, Sputtering과 같은 Anisotropic Etching을 사용하여 식각하고자 하는 방향의 보호막을 제거합니다.
이후 Chemical Etching과 같은 Isotropic Etching을 사용하여 식각을 진행합니다.
이를 계속해서 반복함으로써 높은 종횡비를 얻는 것이 가능해지는 것입니다.
4) Loading Effect
: 패턴의 식각 면적의 차이에 따라 식각률이 달라지는 현상
1. Macro Loading
: 식각 면적이 좁은 경우 식각률이 증가하는 현상
간단히 설명하자면 식각 면적이 좁은 경우는 넓은 경우보다 적은 Etchant에도 반응이 잘 일어나 식각 속도가 빨라지는 것입니다.
2. Micro Loading
: 식각 면적이 넓은 경우 식각률이 증가하는 현상
간단히 설명하자면 식각 면적이 좁은 경우에 식각 과정에서 발생하는 Residue(잔여물)가 Etchant의 주입을 방해하여 식각 속도가 느려지는 것입니다. 반대로 식각 면적이 넓은 경우는 Residue(잔여물)가 빠르게 방출되어 Etchant의 주입을 방해하지 않기 때문에 식각이 잘 일어난다고 할 수 있습니다.
이에 따라 발생할 수 있는 것이 Footing Effect입니다.
Footing Effect는 양이온이 바닥에 충돌 후 방전되지 못하고 원하지 않는 방향으로 식각하는 현상입니다.
식각 면적이 다름에 따라 발생하는 식각률의 차이에 의해 이와 같은 현상이 발생하게 됩니다.
Micro Loding Effect에 의해 큰 패턴의 경우 이미 식각이 완료되었는데, 다른 패턴의 식각이 완료되지 않았기 때문에 계속해서 식각을 진행하는 경우, 큰 패턴에 주입된 양이온이 바닥과 충돌 후 옆면으로 방향성을 바꾸어 식각을 하게 되는 것입니다.
이 경우 패턴이 무너지는 문제가 발생하게 됩니다.
이번 포스트는 여기서 마무리하도록 하겠습니다.
다음 포스트에서는 증착 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
내용에 오류가 있거나 의문이 드시는 부분이 있다면 댓글 남겨주세요!
