[반도체] 8대공정 면접준비_Etch 공정

◆ 8대공정 - Etch 공정

 

 

＊ Etch 공정을 설명하시오.

 

① 선행 공정인 Photo 공정에서 노광과 현상에 의해 만들어진 패턴을 이용하여 하부 물질을 화학적, 물리적 방법으로 깎아내는 공정입니다.

 

② 과거에는 Chemical 용액을 이용한 화학적인 방법만 있었으나, 현재는 Plasma를 이용한 Physical Etching 방식도 사용하고 있습니다.

Chemical 용액을 이용하는 Wet Etch는 식각 속도가 빠르고 선택비도 좋지만, 등방성 식각의 특성으로 Undercut 현상이 발생할 수 있습니다. 점점 미세공정이 발전하면서 미세패턴을 구현하기 위해 이방성 식각이 가능한 Dry Etch가 핵심 공정기술로 사용되고 있습니다.

 

③ 식각 능력을 표현하는 지표로는 Etch Rate, Selectivity, Uniformity 3가지를 들 수 있습니다.

첫째, Etch Rate은 시간에 따른 식각 정도를 의미하며 작업속도와 생산성에 중요한 지표로서 분당, 초당 식각이 된 막질의 두께의 비로 나타낼 수 있습니다. Wet 방식은 Dry 방식에 비해 높은 Etch Rate을 가지는데, Etchant 종류와 농도, 온도 등이 주요 인자입니다. Dry 방식은 Plasma의 종류와 가스 압력, 유속 그리고 온도 등이 주요 변수입니다.

둘째, Selectivity는 Etch 대상 막질 A와 Etch가 되지 않아야 하는 하부 막질 B의 Etch Rate 차이를 의미합니다. 선택비가 크다는 것은 Etch가 필요한 대상 막질을 잘 Etch하고, 하부 막질은 Etch가 거의 되지 않음을 말합니다. Wet 방식은 Etchant의 종류를 잘 선택하면 높은 선택비를 구현할 수 있지만, 물리적 방식이 동반되는 Dry 방식은 Wet 방식 대비 낮은 선택비를 가집니다.

셋째, Uniformity는 Wafer와 Chip 내에서 얼마나 균일하게 식각 되었는지 평가하는 지표입니다. Wafer에서 Center 혹은 Edge 위치, Chip 내부의 부위에 따라 식각 속도가 다를 수 있고, 식각 패턴의 크기나 패턴의 Density의 영향을 받기도 합니다.  

균일도가 나빠지는 문제는 패턴의 Density와 선폭(Critical Dimension)의 차이에 따른 Etch Rate의 차이가 주요한 원인으로, 이런 현상을 Loading Effect라고 하며, Macro Loading Effect와 Micro Loading Effect 두 가지 종류로 구분할 수 있습니다.

 

④ 먼저, Macro Loading Effect는 식각 면적이 넓어서 Etchant Gas가 원활히 공급되지 않으면서 식각이 균일하게 일어나지 않는 현상입니다. 이를 해결하기 위해서는 넓은 식각 영역에 대해서 Dummy 패턴을 삽입하여 면적을 줄이거나 압력과 Power 등을 높여 Plasma Density를 높이는 최적의 레시피를 찾아야합니다.

 

그리고, Micro Loading Effect는 미세한 패턴에 대해서 식각 이후 반응 생성물의 배출이 원활하지 않아 생기는 현상입니다. 이를 해결하기 위해서는 압력을 낮추거나 가스의 유속을 빠르게 하여 개선할 수 있습니다.

 

＊ Loading Effect와 해결방안에 대해 설명하시오.

 

① Loading Effect는 패턴의 Density와 패턴의 선폭(Critical Dimension)의 차이에 따른 Etch Rate 차이로 발생하는 현상을 말하며, Macro Loading Effect와 Micro Loading Effect 두 가지 종류로 나뉩니다.

Macro Loading Effect는 식각 면적이 넓어서 Etchant Gas가 원활히 공급되지 않으면서 식각이 균일하게 일어나지 않는 현상입니다. 이를 해결하기 위해서는 넓은 식각 영역에 대해서 Dummy 패턴을 삽입하여 면적을 줄이거나 압력과 Power 등을 높여 Plasma Density를 높이는 최적의 레시피를 찾아야합니다.

Micro Loading Effect는 미세한 패턴에 대해서 식각 이후 반응 생성물의 배출이 원활하지 않아 생기는 현상입니다. 이를 해결하기 위해서는 압력을 낮추거나 가스의 유속을 빠르게 하여 개선할 수 있습니다.

 

＊ CCP Etching에 대해 설명하시오.

 

① Capacitively Coupled Plasma의 약자로

② 평행한 전극판에 RF Power를 인가하여 내부의 자유전자를 가속하는 방식입니다.

③ 전극판에 공급되는 전계가 골고루 분포하기 때문에 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다는 장점이 있지만, 상대적으로 플라즈마 Density가 낮다는 단점이 있습니다.

 

＊ ICP Etching에 대해 설명하시오.

 

① Inductively Coupled Plasma의 약자로

② Chamber를 도전성 코일로 감싸고, 코일에 RF 전원으로 전류를 흘리게 되면 자기장이 발생하는데, 이 자기장에 의해 Chamber 내부에서 유도 전기장이 발생하고, 이 전기장에 의해 자유전자를 가속하는 방식입니다.

③ 전자가 전기장을 따라 원운동을 하게 되므로, 챔버 벽이나 전극과 충돌하지 않아 상대적으로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있습니다.

 

＊ RIE Etching에 대해 설명하시오.

① Reactive Ion Etching의 약자로 Chemical Etching 방식과 Physical Etching 방식을 동시에 적용하여 각각의 단점을 보완한 Etching 방식입니다.

② 높은 에너지로 가속된 이온이 식각 대상 박막과 충돌하여 원자나 분자 간 결합을 파괴합니다. 이후 결합이 약화된 박막 표면의 원자와 라디칼이 쉽게 화학반을을 일으켜 화학적 식각이 이루어집니다.

③ 측벽은 Chemical Etching 반응만 발생하여 식각 속도가 느리고, 하부는 Chemical과  Physical Etching이 동시에 진행되므로 식각 속도가 빨라, 이방성(Anisotropic)의 식각이 가능하다는 특징이 있습니다. 

 

＊ DRIE Etching에 대해 설명하시오.

① Deep Reactive Ion Etching의 약자로 측벽에서의 화학 반응을 억제할 수 있는 보호막을 증착하여 기존 RIE Etching의 부족한 이방성(Anisotropic)을 보완하기 위한 기법입니다. 

② 보호막을 만들기 위한 별도의 Gas를 추가하여 측벽과 하부 영역에 폴리머 형태의 보호막을 만들어 줍니다. 측벽의 보호막은 수직 방향의 이온 충돌이 없기 때문에 Chemical Etching을 막는 역할을 수행하고, 하부 영역의 보호막은 수직 방향의 이온 충돌에 의해 Physical Etching이 되어 버리기 때문에 기존 RIE Etching 방식보다 더 이방성(Anisotropic)이 뛰어난 식각이 가능해집니다.

③ 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상,하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기술인 TSV 공정에서 사용됩니다.

 

＊ Plasma에 대해 설명하시오.

① 외부로부터 높은 에너지를 갖고 있는 전자가 반응성 Gas의 원자와 충돌하여 Ion과 Electron이 공존하는 물질의 상태를 의미합니다.

 

＊ Under Etch와 Over Etch에 대해 설명하시오.

① 식각을 원하는 만큼 하지 못해 Target 물질이 남아있는 상태를 Under Etch라 하고, 반대로 계획보다 많이 식각된 것을 Over Etch라고 합니다.

② Under Etch가 되면 잔존물이 후공정에 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 차라리 Over Etch되는 쪽을 선택하게 됩니다.