식각 — 플라즈마로 깎아 모양을 만든다

식각은 필요 없는 부분을 깎아 내는 공정입니다. 하지만 실제 과제는 “얼마나 빨리 깎느냐”가 아니라 원하는 모양으로, 아래 것은 건드리지 않고 깎는 것입니다. 오늘날 미세 패턴은 대부분 플라즈마를 쓰는 건식 식각(RIE)으로 만듭니다.

두 개의 파워가 각각 다른 일을 한다

현대 장비는 파워를 두 개 씁니다. HF 소스 파워는 플라즈마를 만들고 유지해 반응 입자의 밀도를 정하고, 그 결과 식각 속도가 정해집니다. LF 바이어스 파워는 웨이퍼 쪽으로 이온을 끌어당겨 수직으로 가속하고, 그 결과 방향성(이방성)이 정해집니다.

이 둘을 분리해서 조절할 수 있다는 것이 핵심입니다. 속도는 그대로 두고 프로파일만 바꾸거나, 프로파일을 유지하며 속도만 올리는 식의 조합이 가능해집니다. 시뮬레이션에서 두 슬라이더를 따로 움직이며 단면이 어떻게 달라지는지 확인해 보세요.

이방성과 언더컷

화학 반응만으로 깎으면 사방으로 똑같이 깎여(등방성) 마스크 아래까지 파고듭니다. 이것이 언더컷이고, 선폭이 줄고 패턴이 무너지는 원인입니다. 이온을 수직으로 때려 주면 바닥 방향의 식각만 가속되어 수직에 가까운 벽이 만들어집니다.

시뮬레이션의 트렌치 벽이 위로 갈수록 넓은 것도 같은 이유입니다. 위쪽 표면이 더 오래 플라즈마에 노출되었기 때문에 측면 식각이 더 많이 누적됩니다.

선택비 — 바이어스를 올릴수록 잃는 것

선택비는 깎으려는 막과 그 아래 막의 식각률 비입니다. 바이어스를 올리면 이온 에너지가 커져 프로파일은 좋아지지만, 물리적 스퍼터링이 강해져 아래 막까지 깎이기 시작합니다. 즉 프로파일과 선택비는 서로 맞바꾸는 관계입니다.

• LF 바이어스를 0 W로 내리면 언더컷이 얼마나 커지는지 보세요.
• 바이어스를 900 W까지 올렸을 때 선택비와 기판 손실이 어떻게 변하는지 보세요.
• 식각 시간을 늘려 오버에치를 키우면 기판 손실이 어떻게 누적되는지 확인해 보세요.