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👇🏻👇🏻이번 포스팅은 에칭공정이다. 지난편 포토공정은 아래 링크 👇🏻👇🏻 

에칭공정 Etching

1. 필요없는 부분을 제거하는 에칭(식각)공정

포토공정을 통해 밑그림을 그렸으면, 밑그림을 바탕으로 필요없는 부분은 깎아내야한다.

반도체는 이렇게 밑그림을 그리고, 깎아내는 과정의 연속이다. 

2. 습식에칭 Wet Etching

제거하고자 하는 물질과 화학적 반응을 일으키는 용액 또는 용액의증기를 에천트로 활용한다. 제거할 부분과 용액을 맞닿게 해 화학적으로 제거하는 방법이다. 액체 형태의 에천트용액이 담겨있는 배스(bath)에 웨이퍼를 집어넣었다가 정해진 시간이 지난 후 꺼내서 표면에 남아 있는 에천트를 씻어내거나, 기체 형태의 에천트 증기가주입된 챔버에 웨이퍼를 넣어 에칭 공정을 진행한 후 꺼내서 클리닝하면 되는 비교적 간단한 공정이다.

습식에칭은 비용 대비 에칭 속도가 빠르고, 선택비가 높다는 장점이 있다.  

• 선택비 : 원하는 물질만 선택적으로 제거할 수 있는 정도. 습식에칭의 경우, 애초에 제거하지 않을 영역은 에천트와 반응하지 않고 제거할 영역만 에천트와 반응하기 때문에 선택비가 높다.  

습식에칭의 단점

1. 에칭공정의 정확도가 낮은 편이다. 에천트가 반응하는 시간에 따라 제거되는 물질의 양 차이가 발생하여 하나의 웨이퍼 내에서 또는 여러 웨이퍼 간에 에칭되는 양이달라질 수 있다. 균일도가 중요한 반도체 제조공정에서 아주 중요한문제를 일으킬 수 있다. 
2. 웨이퍼 오염문제에 취약하다. 에천트로 사용되는 화학물질로인해 웨이퍼가 오염될 가능성이 높고, 이런 오염은 반도체 불량률을 높이게 된다.
3. 모든 방향에 대해 동일한 속도로 에칭되는 등방성(isotropic)을 갖기에 원하는 부분만 정확하게 에칭하기 어렵다  

그림과 같이, 공정 중에 제거하면 안되는 감광층의 아랫부분(산화막) 일부까지 제거되면서 패턴 정확도가 낮아지거나 감광층 패턴이무너지는 현상이 발생할 수 있다. 이는 반도체 특성이 바뀔 수 있을 정도로 중대한 문제이다. 이로인해, 3차원 구조를 만드는 미세공정에서는 습식에칭을 잘 사용하지 않고, 특정 막 전체를 제거할 때에 주로 사용한다.  

3. 건식에칭 Dry Etching

건식에칭은 에칭하고자 하는 물질과 화학적 반응을 일으키는 가스, 에너지가 큰 이온, 플라즈마 등을 에천트로 이용한다. 습식에칭보다 조금 더 복잡한 원리로 진행된다. 물리적반응 or 물리화학적 반응이 주로 활용된다. 건식에칭은 비등방성(Anisotropic) 에칭 특성을 갖는다. 비등방성에칭이란, 방향에 따라 에칭 속도가 다르다는 것이다. 어떤 방향은 적게, 어떤 방향은 많이 에칭되도록 설계할 수 있다는 뜻이다.  우리가 에칭하고자 하는 영역은 감광층이 없는 부분이다. 습식에칭의 경우 등방성 특징으로 인해 감광층이 덮고 있는 영역의 아래부분 일부가 에칭되는경우가 많지만, 건식에칭은 그런 경우가 드물다. 이러한 비등방성 특징은 미세한 회로를 새기는 데 적합하다.  그래서 최근에는 건식에칭을 더 많이 사용한다. 

건식에칭의 단점

1. 습식에칭에 비해 한번에 많은 양을 처리하기 어렵다.
2. 단위시간당 처리량(throughput)이 적다. 
3. 화학적 에칭과 달리 에칭할 부분을 물리적으로 뜯어내는 방식이라서 원하는물질만 선택적으로 제거하기가 쉽지 않다. 즉, 선택비가낮다.      

건식에칭은 사용하는 에천트 가스에 따라 화학적건식에칭 / 물리적건식에칭 / 물리화학적건식에칭 으로 나눌 수 있다. 

• 화학적 건식 에칭 : 제거하고자 하는 물질과 화학적으로 반응하는 기체로 플라즈마를 형성해 에칭하는 방법이다. 일반적으로 반응성이 좋은 할로겐원소를 가진 에천트 가스를 넣어준다. 화학적건식에칭은 습식에칭처럼 화학적인 반응에 기초하기 때문에 등방성에칭의 특성을 따르며, 선택비가 높다.

• 물리적 건식 에칭 : 플라즈마의 양이온이 물질 표면에 물리적으로 충돌하면서 제거하고자 하는 물질의 결함을 강제로 끊고, 파편으로 뜯어내는 방법이다. 물리적인 에너지가 강하게 가해지면 물질 제거에는 탁월하겠지만, 제거되는 표면 아래에 위치한 물질까지 결함이 손상될 수 있다. 결국 이 부분에 제작될반도체 소자의 특성에도 영향을 미치게 된다. 또한, 제거하지 않으려는 물질까지 같이 뜯어질 수 있어 에칭선택비가 낮다. 하지만 비등방성 특징 덕분에 원하는 모양대로 에칭하는데는 적합하다.

• 물리화학적 건식 에칭 : 물리적방식 + 화학적방식을 함께 사용하는 에칭으로 원하는 곳을 정확하게 제거할 수있는 물리적 에칭의 장점과, 높은선택비 그리고 제거할 부분의 손상이 비교적 적은 화학적 에칭의 장점을 모두 갖춘 방법이다. 지금까지 개발된 에칭기법 중제일 완벽에 가까운 방식으로 현재 가장많이 사용중이다.                      

최근에는 두께를 조절한다는개념을 넘어 하나의 원자층을 한 꺼풀씩 벗겨내듯에칭하는 원자층에칭 ALE Atomic Layer Etching 공정이 연구 중에 있다. 어느 정도의 정확도로 얼마나 빠르게 에칭할 수 있느냐에 따라 실제공정에 적용할 수 있을지 여부가 결정될 것이다.