초미세 공정이 도입됨에 따라 작은 domain 영역에서 소자구조는 더욱더 복잡해지고 있습니다. 복잡한 소자구조를 구현할 수 있는 이유는 바로 고도의 에칭기술 덕분이라고 생각합니다.
① Etch bias photo 공정을 통해 형성된 회로패턴이 식각과정을 거치면서 변화되는 것을 의미합니다. 패턴을 설계할 때 반드시 고려되어야 하는 사항입니다. 식각공정을 거친 후 선폭의 변화량을 측정한 것으로, Wb는 식각 전의 포토레지스트의 원래 선폭을 의미하며, Wa는 레지스트 제거 후 식각된 물질의 최종적인 선폭을 의미합니다. → Etch bias = Wb(photo dimension) - Wa (etch dimension)
② Overt etch & Undercut Over etch는 충분히 진행되어 원하는 두께나 깊이를 넘어서 식각된 상태를 말합니다. Undercut은 wet etching시 등방성으로 식각되면서 open된 영역보다 photoresist로 blocking된 하부막까지 etching되는 현상을 의미합니다.
③ 식각률, Etch rate Etch rate은 식각이 진행되는 동안 웨이퍼표면으로부터 타겟 재료가 제거되는 속도를 의미합니다. 보통 A/min으로 측정되며, 높은 처리량을 위해서는 식각률을 높이는 것이 중요합니다. 식각률을 높이기 위해서는 공정변수와 식각에 사용되는 etchant gas, 챔버 구성, target 재료의 특성 등 여러 요인들에 의해 결정됩니다.
④ 선택비, Selectivity, S Selectivity 다른 물질들 간의 식각률 차이의 비율을 의미합니다. Selectivity는 매우 중요한 변수로, Wet etching 시에는 Si / SiO2와 같이 소재의 특성이 Selectivity를 결정짓는 요인이며, Dry etching의 경우 photoresist 감광막과의 target 재료와의 식각률 차이의 비율을 의미합니다. S = Target film / photoresist (or other materials)
⑤ 식각균일도, Etch uniformity Etch uniformity는 식각된 두께의 재현성을 의미합니다. 웨이퍼 내부와 웨이퍼간의 식각 전후의 9 point 정도 두께를 측정함으로써 균일한 식각이 이루어졌는지 확인합니다.
⑥ Aspect Ratio, AR Aspect ratio는 박막이 특정 단차를 가지는 profile을 가질 때, 단차의 width와 height의 비율을 aspect ratio라고 합니다. 현재 소자 Dimension이 작아지면서 Aspect ratio가 점점 더 커지고 있습니다. 높은 Aspect ratio를 가지는 profile을 구현하기 위해서는 etching 기술이 핵심입니다. 뿐만 아니라 높은 Aspect ratio의 profile을 커버할 고도의 증착 기술이 요구되고 있습니다. → Aspect ratio = height / width
⑦ Loading Effect 1. Micro loading effect -미세한 패턴에 대해서 식각 이후 반응 생성물의 배출이 원활하지 않아 생기는 현상으로 넓은 패턴에 비해 식각이 잘 되지 않는 현상을 의미합니다. 패턴이 미세할 경우, 식각되는 depth가 깊을수록 자주 발생하게 되고, 이를 해결하기 위해서는 식각 공정시 챔버 내부를 저압으로 하여, 반응생성물을 제거를 원활하게 하거나 가스의 유속을 빠르게 하여 개선합니다. 2. Macro loading effect -식각 면적이 '넓어서' etchant gas가 원활히 공급되지 않으면서 식각이 균일하게 일어나지 않는 현상입니다. 넓은 면적을 식각 시, 주입되는 etchant gas가 불균일하여 etch profile의 깊이가 균일하지 않는 이슈가 발생합니다. 이를 해결하기 위해서는 넓은 식각 영역에 대해서 dummy 패턴을 삽입하여 조밀하게 형성합니다.
⑧ 식각 프로파일, Etch profile etch profile은 식각 공정 이후 측벽의 형태를 의미합니다. etch profile은 등방성과 이방성이 etch profile로 존재하며, 등방성 식각은 모든 방향에 대해서 동일한 etch rate을 가지고 etching 되기 때문에 미세선폭에서는 등방성 식각을 지양하고 있습니다. wet etching과 같은 chemical reaction을 수반하는 etching은 등방성 etch profile을 가집니다. 이방성 식각은 lateral etch rate은 적으면서, vertical etch rate이 큰 dry ethcing에서 보이는 식각 profile입니다. 소자 dimension이 점점 작아지면서 고도의 이방성, 비등방성 etch profile 구현 기술이 개발 되어 왔으며, 이는 미세소자를 만드는 반도체 업계의 경쟁력이라고 할 수 있습니다.
⑨ End Point Detection ,EPD - 반도체 제조 공정 혹은 평판 디스플레이 제조 공정에서 Etching 시 원하는 target 막질이 제거되었는지 확인하는 방법입니다. 보통 OES 방식, 간섭현상을 이용하는 방식과 RF generator system에서 발생하는 RF파의 전류, 전압을 모니터링 함으로써 측정하는 방식이 있습니다. - 모든 원자는 고유의 방출파장을 가집니다. 즉, etching이 일어나면서 반응기 내부의 plasma 색이 변하게 됩니다. optical sensor로 방출 파장의 변화를 감지하고 etch 공정의 end point를 detection 함으로써 target 막질이 완전히 제거 됐음을 확인할 수 있습니다. → Optical Emission Spectroscopy, OES 방출분광법 : Plasma 등의 광원으로부터 발생되는 에너지에 의해 여기된 원자가 기저상태로 이동할 때 방출하는 빛을 관측함으로써 빛의 파장으로부터 원소의 정성을 또는 빛의 세기를 통해 원소를 정량하는 방법. "End Point Detection은 새로운 chapter로 측정원리와 물리적 메커니즘에 대해서 따로 다루어보도록 하겠습니다!
오늘은 식각공정에서 많이 사용하는 용어에 대해서 알아보았습니다. 이후 교육에서 생소한 용어가 있다면 댓글을 통해 feedback 해주시면 '용어정리' 파트에서 추가하여 수정하도록 하겠습니다. 오늘 하루도 고생 많으셨습니다. 충성!
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