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오늘은 식각공정에 대해서 배워볼 차례입니다.

식각은 영어로 'Etching'이라고 표현하며

사전적인 의미는 다음과 같습니다.

에칭이란

두번째 사전적 의미에서 보듯이.

예술품을 창작하기 위해서 사용하는 기법으로

부식을 방지하는 그라운드를 동판에 바르고

날카로운 도구로 긁은다음

그위에 부식액을 부어서 이미지를 형상화 하는 방법입니다.

이런 미술적 기법이 마치

반도체 공정의 한 과정과 비슷하다하여 '에칭공정' 식각공정이라고 표현하였습니다.

식각은 뭔가를 인위적으로 없애버리는 과정이라고 해석하면 되겠습니다.

전에 배웠던 과정을 잠깐 복습해보면,

웨이퍼에 감광액을 뿌리고 빛을 마스크에 조사하여

일종의 밑그림 작업을 했었죠.

그러한 포토공정이 끝나게 되면

이제는

필요한 회로 패턴 외에 나머지를 없애는 과정이 필요한데

이러한 과정을 '식각 공정' 이라 칭합니다.

이러한 식각 공정에서는

산화공정에서 배운 과정과 비슷하게

액체 또는 기체를 이용해 불필요한 부분을 잘라내고

반도체 회로 패턴을 만들게 되는데

산화 방식에 따라서

습식과 건식이 있습니다.

부식액을 통해서

불필요한 회로를 선택적으로 제거하고

원하는 형태로 정교하게 만들어 나가는 과정이라 보시면 되겠습니다.

건식식각은 플라즈마 상태를 이용해 선택적으로 회로를 제거합니다.

일반 대기압보다 낮은 압력인 진공 챔버에 가스를 주입하고

전기를 공급하여 플라즈마를 발생시킨 뒤

플라즈마 상태에서 발생된 자기장이 기체에 가해지면

전자가 중성자보다 가볍기 때문에

전자가 중성자를 여기저기 때리게 되면서

전기적인 성질을 띄우게 되는데요.

이온화라고 표현합니다.

비유가 맞는지는 모르겠으나

마치 감염병 환자가 증가하는 원리와 비슷합니다.

이렇게 연쇄반응으로 전기적인 성질의 이온이

결국 웨이퍼 위를 덮고 있는 막의 원자와 만나면 강한 휘발성을

가지게 되어 표면에서 제거되는데

이러한 반응에서 감광액이 닿지 않는 부분들은

쉴드가 없어 날아가게 됩니다.

결국은 내가 원하는 회로만  남게되겠죠.

반면 습식식각의 경우는

식각을 위해서 액체를 사용하게 되는데

쉽게 말해서

웨이퍼 위의 보호막에

용액을 뿌려서

보호막이 닿지 않는 부분의 회로를 선택적으로 제거하는 방식입니다.

액체의 특성상 습식 식각은 건식 식각에 비해서 정확도가 떨어지겠죠.

액체에 불순물이 묻어있다면 불순물에 의한 웨이퍼 오염이 생길수도 있고요...

 비로소... 오늘에 이르러서야 회로가 어떻게 만들어지는지

확인할 수 있었네요.

다만, 아직은 회로가 만들어졌다 하여 전기적인 성질을 가지고 있지 못합니다.

다음 시간에 이러한 깡통 회로가 어떻게 전기적인 성질을 가질 수 있는지

알아보도록 하겠습니다.

지난시간에 이어

오늘은 포토공정에 대해서 알아보기로 해요.

포토공정이라는 단어표현은

마치 밑그림을 새기는 작업이

사진을 현상하는 부분과 비슷하다고 해서 붙여진 이름이라고 합니다. 

지난시간에

산화막에 덮인 웨이퍼를 살펴보았죠.

이처럼. 산화막이 입혀진 웨이퍼 위에 회로도의 모습을 새기는 과정을

포토공정이라 합니다.

지난시간에 배운 부분을 보면.

실리콘 표면에 균일하게 산화막이 형성되어

실리콘 표면을 보호한다 하였습니다.

이러한 표면에 회로 패턴을 그려주게 되는데

회로패턴을 그리는 과정은 사람이 일일히 손으로 새길 수 없기 때문에

다른 방법을 사용합니다.

먼저 엔지니어들이 웨이퍼 위에 그려넣을 회로를 설계하겠죠.

보통은 컴퓨터로 회로를 그리고, 그려진 도면을 바탕으로

수많은 소자들이 서로 상호작용하여 반도체가 완성됩니다.

그다음.

산화막 위에

감광액을 뿌립니다.

감광액(Photo Resist)은 빛에 민감하게 반응하는 물질로서

감광액에 빛을 조사하면 빛이 닿은 부분에 길이 생기는

특징을 지녔습니다.

정밀한 감광액 도포와 얇고 균일해야 하기 때문에

굉장히 하이테크죠...

그다음은 빛을 조사하기 위해 선택적으로

회로를 그려주는 과정을 위해 제작하는 일종의 JIG입니다.

JIG란, 원하는 물건을 제작하기 위해 특수 제작된

맞춤형 도구 입니다.

이러한 JIG를 마스크라고 불르고

마스크를 통해 빛을 조사하면

마스크가 가려주는 부분 외의 회로가 선택적으로 

그려집니다.

이런식인거죠.

흑백사진 인화 과정과 비슷하게 이루어집니다.

이렇게

선택적인 회로를 형상한 웨이퍼 역시

아직 부도체 입니다.

회로를 그려넣었다는 말은

전기를 통하는 상태로 만들었다는 의미가 아닙니다.

전기를 통하게끔 만드는 공정은 조금 더 뒤에있습니다.

무튼. 이렇게 회로를 그려넣는 작업을 마치고나면

광학 현미경을 통해서 제대로 회로가 그려졌는지를 확인하는 과정을

거쳐서

다음공정으로 들어가게 됩니다.

이부분은 다음시간에 포스팅하죠!

지난 시간에 이어서

오늘은 산화공정에 대해서 알아보는 시간을 간단히 가져봅시다.

지난시간에 배웠던 웨이퍼는

사실 날것 그 자체여서

반도체를 만들기에 적합한 상태는 아닙니다.

앞으로 처리할 남은 반도체 제작 공정에

적합한 상태를 만들어주기 위해 진행하는 공정이 바로

산화공정 입니다.

산화라는 용어는 익히 들어 아실겁니다.

여러가지 의미가 있으나

여기에서는 어느 물질을 산소화 화합하는 공정 정도로 이해하시면

좋겠습니다.

웨이퍼 표면에 산소나 수증기등을 뿌려서, 균일하게 산화막을

형성해주는 것이죠

반도체에 산화막을 입힌다니 잘 이해가 안가고 뜬구름 잡는 이야기 같지만

산화현상을 찾아볼 수 있는 예는 아주 많습니다.

철은 산소와 만나면

녹이슬게 되죠.

이러한 녹이 스는 것과 같은 이치로 산화막이 형성된다 보시면 됩니다.

웃자고 하는이야기 이지만

느낌상 프로토스 실드를 생각하시면 좋을 것 같습니다.

이렇게 형성된 산화막은 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 표면을 보호하는

역할을 수행하고,

앞으로 프린팅될 회로사이에 발생할 수 있는 누설전류를 막아주는

역할을 수행하게 됩니다.

또한 공기중에 떠다니는 오염물질이나 화학물질같은 불순물이

실리콘에 침투하게되는 경우 비저항이나 전도율을 변화시킬 수 있기 때문에.

전기적인 특성이 떨어지는 결과를 초래하는데 이를

막아주는 역할도 수행하죠.

결국 산화공정의 목적은

웨이퍼를 코팅해주는 역할로서 웨이퍼 본연의 모습을

잘 지켜주면서 보호막을 씌운다 정도로 이해하시면 좋겠습니다..

이러한 산화막을 형성하기 위해 채택하는 방식에는 여러가지가 있습니다만.

보통은 고온에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 방식을 채택합니다.

열산화 방식이라고 표현하며

크게 건식과 습식으로 나뉘게됩니다.

건식산화는 산소만을 이용하여 박막을 형성할때 쓰이고,

습식산화는 산소뿐만아니라 수증기까지 사용하기 때문에

건식보다는 두꺼운 박막을 형성할수 있습니다.

상식적으로 생각해보았을때

습식이 건식보다 두껍기 때문에

동일한 산화막을 형성하기 위해서는

건식을 사용하는 경우에 보다 더 많은 시간이 필요하겠죠.

다만 전기적인 특성이 매우 훌륭하다는 점은

간과해서는 안됩니다.

이렇게 웨이퍼 표면에 이쁘게 산화막이

형성되면 그다음은 포토 공정으로 넘어갈 차례인데.

다음 포스팅에서 이야기 이어가겠습니다.

오늘은 회로이론이 아닌

반도체에 대한 이야기를

시작해보려 합니다.

사실 반도체는

학부생 시절

제일 열심히 안했던(?)

과목이라 포스팅이 조심스럽습니다.

그래도, 이곳 저곳 뒤져가면서 저 스스로도 공부하면서

여러분들께 도움이 될까 싶어 포스팅 진행하니

기술적인 오류가 있다면 피드백 주시면 감사하겠습니다.

그럼 오늘의 포스팅 짧게! 시작하겠습니다.

여러분이 알고 있는 반도체는 어떻게 생겼나요?

대부분은 아래 그림을 생각할겁니다.

여러분도 아시다시피 반도체라는 것은

전기를 흐르기도 하고 차단하기도 하는 이중적인 성격을 지녔습니다.

하지만 이러한 반도체가 모래속 재료로부터 탄생한다는 걸

알고 있는 사람은 그리 많지 않을 것 같습니다.

모래속에는

SI 실리콘 또는 규소라고 불리우는 원소들이

아주 많습니다.

100%는 아니지만

반도체를 만들기 위해서 필요한 재료는

대부분 모래에서 추출한 규소로 만들어집니다.

모래를 뜨거운 열로 녹여서 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면

INGOT 이라는 실리콘 기둥이 만들어지는데.

위 그림처럼 용액을 뽑아내는 기술을 초크랄스키 기법이라고 표현합니다.

시드라고 표현하는 단결정 물질의 작은 조각을 액상의 같은 물질의 표면에 접촉시키고,

천천히 용액으로부터 끌어올리면 위 모양이 생기는거죠.

10여년전인가요...

교수님한테 이야기 들었는데

이 잉곳 하나가 쏘나타 하나 가격이라 그랬었나;;;

그랬죠?

여튼, 이렇게 완성된 실리콘 기둥을

다이아몬드 톱으로

수평으로 얇게 슬라이스 뜨면

여러장의 작은 원형판이 만들어집니다.

이걸. 웨이퍼라고 부릅니다.

위에서 보시다시피 사실 웨이퍼는

작은 원형 판에 지나지 않지만

그위에 사각형 모양의 여러 DIE 들이 나열되있는 것을 보실 수 있는데

요런 DIE 하나하나가 나중에는 반도체가 되는 것입니다.

보통

잉곳을 슬라이스로 자르고 나면 겉에는 흠결이 있고

울퉁불퉁해서 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정이 필요한데요.

이를 연마 작업이라고 칭합니다.

연마기계로 연마를 하고나면 표면이 맨들맨들해지고

회로 정밀도 품질 향상에 기여합니다.

당연한 이야기이지만

웨이퍼의 두께가 얇을수록, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는

반도체 칩수가 증가하기 때문에

갈수록 두께가 얇아지고 크기는 커지고 있는 추세라고 합니다.

얼마나 얇고 크게 떠서 불량률이 없게끔 하는가가

회사의 기술력이겟죠.

주의할 점은

얇게 잘린 웨이퍼의 현상태는 아직 전기가 통하지 않는 부도체

상태라는 것.

다음시간에는 산화공정에 대해 알아보는 시간을

가지겠습니다.