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1. 개요
식각(蝕刻) 또는 에칭(etching)은 화학 약품의 부식 작용을 이용하여 웨이퍼상의 특정 물질을 제거하는 공정을 말한다. 반도체 8대 공정 중 하나로 꼽힌다.2. 어원
식각의 영어 명칭 에칭(etching)은 본래 미술 기법 중 하나인 에칭에서 따온 것이다.에칭은 날카로운 펜으로 동판을 긁어 부식시켜 그 부식된 부위에 잉크가 스며들게 해 종이에 인쇄하는 방식으로 작품을 만드는 기법이다. 중세말 인쇄 기술이 발전하면서 등장했고, 이로 인해 동판화를 비롯한 판각화가 크게 발전하게 되었다.
이후 의미가 확장되어 반도체 식각 공정에 에칭이라는 명칭이 사용되기 시작하였다.
3. 참고 영상
| 삼성전자 반도체 뉴스룸 유튜브 |
| ▲ 식각 공정 |
4. 부식액
식각 공정에서 사용하는 액체 또는 기체의 화학약품을 말한다. 영어로는 Etchant.당연하게 인체에도 치명적인데, 대표적인 약품으로는 염산이 있다. 덕분에 식각 공정은 반도체 공정 중에서도 안전사고와 가장 많이 연관된다.
웨이퍼는 규소로 만들기 때문에 염산으로도 부식되지 않기 때문에 불산을 사용하는데, 몸에 닿으면 사망에 이르는 매우 위험한 물질이다. 어느 정도냐면 실험실에서 불산 증기에 살짝 스쳤을 뿐인데 상처가 평생동안 낫지 않는다고 한다.
5. 흄(Fume)
현대에 이르러 가스를 흡입하여 발생하는 인명 재해가 늘면서 관련 기준이 정의되었다. 이때 흄은 한 호흡 안에 들이마시는 가스의 양을 말한다. 용접, 요리, 화학공장 등 여러 곳에서 이 기준이 사용되고 있다.죽음의 미세 입자 '조리흄'..."환기 안 되면 폐암 발병 22.7배"미세공정의 발달에 따라 가스를 사용하는 식각 공정이 자주 사용되다보니 반도체 분야에서도 해당 용어가 많이 사용되고 있다. 반도체 분야의 흄이란 사실상 대놓고 화학 약품을 들이마시는 일이다보니 사망 기준이 굉장히 심한데, 보통 1흄을 제대로 마시면 사망하는 경우가 많다. 살아있게 되더라도 장애가 되는 경우도 있다.
흡입을 방지하기 위해 흄 후드를 이용하며, 안전하게 용액을 사용할 수 있도록 한 공간을 웻 스테이션(wet station)이라 한다.
삼성의 경우 흄 프리 (Fume Free)를 적용한 공장 설계를 추구하고 있다고는 한다.삼성 반도체 `케미컬 흄 프리 프로세스` 적용… 수율 확대 노력
여담으로 흄은 미립자가 고체인 것을 의미하며, 미립자가 액체이면 미스트 (Mist)라고 한다.
6. 과정
식각 공정의 과정은 판화의 동판화 기법과 유사한 원리를 지닌다.7. 종류
7.1. 습식 식각
Wet Etching.불산과 같은 액체 화학 약품을 이용하는 방법으로, 물을 촉매로 하여 빠르게 식각시키는 방법이다. 비용이 싼 점도 장점이다. 다만 미세공정에 적합하지 못하다.
습식 방식을 이용하면 등방성 (Isotropic) 식각이 진행된다. 쉽게 말해 액체를 이용하기 때문에 액체에 접촉하는 부분부터 일정한 거리의 원형으로 깎여나가는데, 때문에 산화막 양옆쪽을 침범해서 깎아내는 문제가 있다. 또한 두께만큼 깎아내기가 어렵다는 단점도 존재한다.
7.2. 건식 식각
Dry Etching.가스 화학 약품을 이용하는 방법으로, 가스를 이용하다보니 주입과 환기 등 고려할 것이 많아 방법이 까다로운 편이다. 때문에 비용도 비싸다. 그러나 정확도가 굉장히 높기 때문에 많이 애용되고 있다.
입자를 웨이퍼에 충돌시켜 반응시키는 건식 방식을 이용하면 비등방성 (Non-isotropic) 식각이 진행된다. 쉽게 말해 수직에 가깝게 깎아낼 수 있다. 반응성이 약한 기체를 사용하다보니 속도가 느린 대신 원하는 만큼의 두께를 조절하기도 용이하다.
이전에는 스퍼터 (Sputter) 방식이 많이 사용되었으나, 최근에는 기술의 발전으로 보다 빠른 속도를 제공하는 플라즈마 (Plasma) 방식이나 이온 빔 (Ion Beam) 방식이 사용되고 있다.