식각 기술의 종류와 점유율

식각은 금속이나 유리 표면 등을 부식시켜, 원하는 모양을 만든다는 의미입니다. 아래와 같은 방식으로 주로 이루어 집니다. 웨이퍼 표면을 균일하게 원하는만큼 잘 식각하는 것이 이 공정에서 중요한 점 입니다. 

출처: 삼성디스플레이

식각의 종류는 크게 두 가지로 나뉘는데 (1) 습식 / Wet Etching과 (2) 건식 / Dry Etching 입니다. 아래 표 처럼 습식 식각은 용액을 이용해서 식각하며, 좀 더 저렴하고 빠른 대신 낮은 정확도를 가지고 있으며, 건식 식각은 플라즈마나 가스를 사용해 좀 더 느리고 비싸지만 높은 정확도를 가지고 있습니다. 건식 식각이 상대적으로 미세 패턴 식각에 유리하다고 합니다. 

출처: 삼성디스플레이

건식 식각은 플라즈마 식각이라고도 합니다. 식각 가스를 주입하고 여기에 전기에너지를 공급해  플라스마 상태를 만들고, 이 플라스마들이 대상 물질을 깎아내는 방식입니다. 

출처: 삼성반도체이야기

식각은 또 식각하는 소재에 따라 나뉘기도 합니다. Dielectric(유전체) Etching과 Conductor Etching으로 크게 나뉩니다. Conductor Etching에 금속이나 실리콘 계열의 식각이 포함됩니다. Gartner에 따르면 유전체 식각은 도쿄 일렉트론과 램리서치가 양분하고 있으며, Conductor Etching은 램리서치와 어플라이드 머티리얼스가 양분하고 있다고 합니다. 

출처: Bernstein, Gartner

출처: BofA, Gartner

 

램리서치는 최근에 ALD에 대응하는 식각의 원자단위 버전인 ALE에 대해서도 홍보를 하고 있어서, 한번 짚고 넘어갈만 합니다. ALE는 Atomic Layer Etching입니다. Lam Researcn에 따르면 식각의 균일도는 매우 중요하고, 일반적으로 설계 사이즈의 10%정도 이내의 편차를 가져야 한다고 합니다. 트랜지스터 게이트 하나가 10nm 크기라면 1nm이내의 오차 정도만 가능하다는 것이고, 원자층 3~4개정도 크기라고 합니다. 

그런데 여러가지 이유로 (1) 면적에 따라 식각 깊이가 달라진다던지 (2) 선택성이 떨어져 다른 물질까지 식각한다던지 (3) 표면이 균일하지 못하다든지 하는 문제가 발생합니다. 이를 극복하기 위한게 ALE입니다. 

출처: Lam Research

ALE는 ALD처럼 식각하고자 하는 박막 표면에 염소 가스를 흡수시켜 변형시키고, 아르곤 가스를 충돌시켜 그 막만 벗겨낸다고 합니다. 이러한 과정이 Self-Limiting 해서 한 개 막만 벗겨진다고 하는데, 하여간 대단합니다. 

출처: Lam Research