세미툰 인터랙티브 교과서 · 식각

보이지 않는 칼로
곧게 아래로
깎아 내다

노광이 감광막에 그린 무늬는 아직 그림일 뿐이다. 그 무늬를 진짜 막으로 옮기는 일이 식각이다. 이 교과서는 약액으로 녹이는 습식 식각에서 출발해, 플라즈마가 만드는 라디칼과 이온, 웨이퍼 앞의 얇은 전압층 Sheath, 둘이 힘을 합쳐 수직 벽을 만드는 표면 반응, 막마다 다른 식각 가스, CCP·ICP 장비, 프로파일과 ARDE, STI·게이트·콘택 같은 응용 공정, 3D 낸드의 깊은 구멍과 원자층 식각, 종말점과 챔버 관리, 현업에서 부딪히는 문제까지 시뮬레이터로 직접 움직여 보며 익히게 한다.

1장부터 시작하기 → 전체 목차
13개 챕터 공대 학부 수준 장비와 현업 노트 면접 포인트 시뮬레이터 84개 참고문헌 290여 개 · 모든 근거에 출처
PLASMA라고 적힌 장치에서 보라색 번개 같은 플라즈마를 쏘는 세미툰 캐릭터 에치에치 · 플라즈마로 무늬를 깎아 내는 친구

첫 실험: 라디칼과 이온, 누가 벽을 세울까

플라즈마 속에는 아무 방향으로나 날아다니며 막과 화학 반응하는 라디칼과, 웨이퍼를 향해 곧게 떨어지는 이온이 함께 있다. 라디칼만으로 깎으면 마스크 아래까지 옆으로 파고들고, 이온을 섞으면 바닥만 빨리 깎인다. 옆벽에 얇은 보호막까지 쌓이면 벽이 곧게 선다. 5장에서 이 줄다리기를 식으로 풀고, 8장에서 여러 모양의 단면을 직접 만들어 본다.

ANIMATION

입자 수천 개가 깎아 내는 식각 단면

측벽 보호막을 만드는 증착종
마스크깎을 막아래 막보호막(고분자)
막을 연 정도0%
한쪽 언더컷0 nm
측벽 각도—
남은 마스크100%
해볼 것: ① 기본값(이온 35%, 보호막 조금)으로 끝까지 지켜보자. 벽이 89° 가까이 곧게 서고 마스크 아래로 파고든 언더컷은 몇 nm에 그친다. ② 보호막을 「없음」으로 바꾸면 같은 이온 35%에서도 언더컷이 30 nm 가까이 커지고 벽이 70°대로 눕는다. 여기서 이온까지 0%로 내리면 라디칼만 남아 마스크 아래가 사발 모양으로 크게 파인다. 습식 식각과 같은 등방성 식각이다. ③ 보호막을 「많이」로 바꾸면 막을 여는 데 시간이 두 배쯤 걸린다. 이 상태에서 이온을 15%로 줄이면 바닥에 쌓이는 막을 걷어 내지 못해 식각이 멈춘다. 이온 없이 보호막만 있으면 처음부터 거의 깎이지 않는다. 벽을 세우는 것은 이온과 보호막의 균형이다. (학습용 모델: ETCH 엔진의 2차원 몬테카를로 단면 모형. 라디칼은 막에서 확률 0.2로 반응하고 아니면 다시 튄다. 이온은 2° 안쪽으로 퍼져 곧게 떨어지고, 증착종은 표면에 붙어 고분자 칸을 만든다. 한 칸 2 nm, 입자 수천 개를 1초로 놓은 학습용 크기이며 실제 공정의 수치가 아니다.)

숫자로 보는 식각

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

약 11,600 K

전자 온도 1 V(1 eV)를 켈빈으로 바꾼 값. 플라즈마의 전자는 수만 K로 뜨겁지만 웨이퍼와 기체는 거의 실온이다. 차가운 공정에서 화학 반응이 일어나는 비밀이다(3장).

10⁻⁶~10⁻³

RF 평행판 식각기에서 이온이 된 기체의 비율. 고밀도 플라즈마도 10⁻⁴~10⁻¹이다. 플라즈마는 대부분 그대로인 기체 속에 이온이 조금 섞인 것이다(3장).

약 10배

라디칼과 이온이 함께 막을 때릴 때의 식각 속도를 하나씩 따로 쓸 때와 견준 크기. 건식 식각이 빠르면서도 곧은 이유다(5장).

1,490 °C 대 −86 °C

CuCl과 SiF₄의 끓는점. 실리콘은 날아가는 생성물을 만들지만 구리는 그러지 못해, 구리 배선은 깎지 않고 홈에 채우는 다마신으로 만든다(6장).

5~30 Torr

웨이퍼 뒷면에 넣는 헬륨의 압력. 챔버는 수 mTorr인데 웨이퍼 아래에만 수천 배 높은 가스를 채워 열을 빼낸다(7장).

24 → 400층 넘게

3D 낸드에 쌓는 워드라인 층수가 10년쯤 사이에 늘어난 폭. 그만큼 깊은 채널 홀을 한 번에 뚫는 고종횡비 식각이 필요해졌다(10장).

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

1~6장은 식각의 원리(습식, 플라즈마, Sheath, 표면 반응, 화학), 7~8장은 장비와 단면 형상, 9~10장은 응용 공정, 11~12장은 제어와 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 13장 · 전체 참고문헌에서 한꺼번에 볼 수 있다. 근거: 전자 온도의 단위 환산, 이온화 비율, 이온과 라디칼의 시너지, 생성물의 끓는점, 뒷면 헬륨 압력, 3D 낸드 층수. 첫 실험의 모형 근거: 라디칼의 등방 식각과 이온의 바닥 개방, 억제막과 측벽 기울기.