- 본 문서는 반도체 8대 공정의 네 번째 단계인 '식각 공정'에 대해 다루겠습니다.
- 본 문서는 엔지닉 '반도체 전공면접 합격의 모든 것 - 이론 완성편'을 기반으로 작성하였습니다.
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1. 식각 공정
- 주로 반응성이 강한 할로겐 계열(F, Cl 등) 가스를 사용하여 다양한 박막의 전부 또는 일부를 물리, 화학적 방법으로 제거하는 공정으로, 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거한다. 즉, 반도체 회로패턴을 만드는 공정이다.
2. 식각 공정의 평가 항목
- 식각율(Etch Rate, E/R)
- 식각이 진행되는 동안 재료가 웨이퍼 표면으로부터 제거되는 속도이다.
- 식각된 박막의 두께를 식각 시간으로 나누어서 구할 수 있다.
- 주로 표면 반응에 필요한 반응성 원자의 이온의 양, 이온이 가진 에너지에 의해 변화한다.
- 반도체 공정은 생산속도가 중요하기 때문에, 식각률 즉, 속도가 빠를수로 좋다.
- 식각 바이어스(Etch bias)
- PR의 폭 (DI CD) 대비 식각 후 폭(FI CD)의 차이를 반으로 나눈 값이다.
- FI CD가 DI CD에 비해 더 작은 경우 (+) 바이어스, 더 큰 경우 (-) 바이어스라고 한다.
- 선택비(Selectivity, S)
- 식각 과정에서 동시에 식각되는 서로 다른 물질의 식각율의 비율이다.
- 일반적으로 특정 박막만을 식각할 필요가 있기 때문에, 가능한 선택비가 높아야 한다.
- 균일도(Uniformity)
- 웨이퍼 내, 웨이퍼 간, 로트 간 식각 후 잔여막의 두께 균일도, 식각율의 균일도 등 식각이 얼마나 고르게 진행됐는지 또는 공정의 재현성을 평가하는 척도이다.
- 통상 생산성을 고려하여 웨이퍼 내 여러 위치에서 측정하며, 표준편차 또는 불균일성(%)로 나타낸다.
- 불균일성 값이 클수록 균일도가 좋지 않다는 의미이다.
3. 식각 종류
- 식각은 반응하는 물질(Etchant)의 상태에 따라 습식 식각과 건식 식각으로 나누어진다.
3.1 습식 식각(Wet Etch)
- 액체 상태의 화학 약품을 사용하여 다양한 박막을 식각하는 공정으로, 실리콘, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 PR 등을 제거한다.
- 위의 그림과 같이 등방성 식각 특성을 가지며, 2㎛ 이하의 미세한 패턴의 형성이 불가능하다.
📌 등방성(Isotropic) & 비등방성(Anisotropic)
- 등방성이란 모든 방향으로 동일하다는 뜻이고, 반대로 비등방성이란 특정 방향으로의 방향성이 있다는 것을 의미한다.
- 따라서 습식 식각은 미세한 구조물의 패터닝이 아닌 박막의 전면 식각 또는 완전 제거의 용도로 사용된다.
- 일반적으로 일괄 처리(Batch)가 가능한 습식 식각 장치 장비를 사용하므로 생선성이 높고 저비용이며 쉬운 과정이라는 장점이 있다.
- 하지만 비교적 정확성이 좋지 않고, 화학물질로 인한 웨이퍼 오염 문제가 발생한다. 그리고 PR 밑부분까지 식각함으로써 PR이 무너지는 현상이 발생할 수 있다.
3.2 건식 식각
- 진공 챔버 내에 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시킨 후, 실리콘 기판이나 박막과의 화학, 물리적 반응을 통해 휘발성이 강한 반응 부산물을 생성시켜 박막을 제거하는 공정이다.
- 대부분의 건식 식각은 위의 그림과 같이 수직 식각 특성이 강한 비등방성 식각이며, ㎚ 수준의 미세 패턴의 식각이 가능하다.
- 따라서 원하는 부분만 식각이 가능하기 때문에 정확성이 좋다.
- 하지만 비용이 비싸며 과정이 복잡하고, 낮은 식각율과 선택비가 습식에 비해 좋지 않다.
📌 건식 식각이 갖춰야 할 요건
- 웨이퍼 처리량이 높을 것
- 균일도가 우수할 것
- 비등방성일 것
- 기판에 손상이 적을 것
- 신뢰도가 높을 것
