Chapter 17

식각 실험실

앞의 열여섯 장에서 하나씩 떼어 본 것을 실험대 하나에 모았다. 마스크를 그리고, 막을 고르고, 레시피의 손잡이를 돌리고, 시간을 흘려 단면이 깎여 내려가는 것을 본다. 되감아서 조건을 바꾸고 다시 돌린다. 그리고 EB-20 규격을 맞추거나, 일부러 무너뜨린다.

실험대 쓰는 법

실험대는 이 책의 엔진 하나로 돈다(7장). 이온은 각도 분포를 갖고 직선으로 날아와 표면을 깎거나 비스듬히 맞으면 반사되고, 라디칼은 붙을 확률만큼 반응하며 벽에서 튕긴다. 고분자 전구체는 측벽과 바닥에 쌓여 보호막이 된다. 규칙을 따로 넣지 않았는데도 이방성, ARDE, 보잉, 패싯, 언더컷, 정지막 선택비가 저절로 나온다.

  1. 프리셋을 고른다. 처음 화면은 EB-20(피치 40 nm, 폭 20 nm, 탄소 60 nm / 산화막 160 nm / 질화막 15 nm)이다.
  2. 마스크를 고친다. 시간 0일 때 캔버스의 마스크 위를 가로로 끌면 새 개구가 열리고, 개구 가장자리의 손잡이를 끌면 폭이 바뀐다. 도구를 '지우기'로 바꾸고 개구를 누르면 닫힌다. '재기'로 누르면 그 홈의 치수를 숫자판에 보여 준다.
  3. 레시피를 고르고 손잡이를 돌린다. 레시피를 바꾸면 손잡이가 그 레시피의 기본값으로 돌아간다. 손잡이는 식각 도중에도 바꿀 수 있고, 바꾼 순간부터 적용된다.
  4. 재생을 누른다. 목표 시간까지 돌다가 멈춘다. 아래 시간 막대를 끌면 저장해 둔 순간으로 되감긴다. 되감은 자리에서 다시 재생하면 그 뒤는 새로 계산한다.
모델의 가정 2차원 단면이고 가로는 주기 경계다(끝없이 되풀이되는 긴 트렌치 배열). 시간 단위는 기본 산화막 레시피의 이론적 열린 평면 속도(openRate)로 정규화했다. 실제 셀 제거량은 이론값과 다를 수 있다. 넓은 단면은 셀을 2 nm로 키워 계산하므로 셀 1 nm 단면과 숫자가 몇 nm 다를 수 있다. 몬테카를로라 같은 조건에서도 1 nm 안팎으로 흔들린다. 경향을 보는 도구이지 실제 장비 조건을 주는 도구가 아니다.

실험대

WORKBENCH

식각 실험대

계산 중…
프리셋
0
마스크와 시간
도구
보기
되돌리기
레시피
기본 화학
시간—
깊이—
측벽 각—
보잉—
마이크로트렌치—
남은 마스크—
정지막 손실—
EB-20 판정—
비정질 탄소SiON산화막질화막실리콘고분자
해볼 것: ① EB-20 그대로 재생해 시간 300 근처에서 정지막에 닿고 판정이 합격인지 본다. ② 시간 막대를 200으로 되감고 O₂를 1로 올려 다시 재생해 정지막이 얼마나 더 깎이는지 본다. ③ 빈 마스크에서 폭이 다른 개구를 서너 개 그리고 돌려 오른쪽 그래프의 깊이 곡선을 견준다. ④ σ를 8°로 넓혀 보잉의 위치를 찾는다. (가정은 위 상자. 판정 규격은 EB-20 적층에서만 계산한다.)

숫자판의 값은 '재기'로 고른 홈 하나의 치수다. 깊이는 대상 막 윗면에서 가운데 바닥까지, 측벽 각은 깊이 10%와 90%의 왼쪽 벽 두 점을 잇는 각(90°가 수직), 보잉은 가장 넓은 폭에서 윗 폭을 뺀 값, 마이크로트렌치는 가장 깊은 점과 가운데 깊이의 차이, 남은 마스크는 마스크가 가장 얇은 열의 두께, 정지막 손실은 홈 바닥에서 깎인 질화막의 최대 두께다. 판정 아래 줄은 규격 항목 하나하나의 통과 여부다.

임무

실험대로 풀 문제 열 개다. '준비'를 누르면 필요한 프리셋과 처음 조건이 올라온다. 대부분 처음 조건으로는 실패하게 되어 있다. 조건이 맞는 순간 자동으로 완료된다. 몇몇 임무는 몬테카를로 잡음 때문에 경계 근처에서 될 때와 안 될 때가 있으니, 한 번 더 돌리거나 조건을 조금 더 민다. 진행 상황은 이 페이지를 떠나면 지워진다.

MISSION

열 가지 과제

진행 0 / 10

타깃 파일

TARGET EB-20타깃 파일 · 17장

처음부터 끝까지 직접 깎는다

실험대의 첫 화면이 EB-20의 출발점이다. 기본 레시피로 재생하면 시간 100, 200, 300에 깊이 약 62, 115, 160 nm로 내려가 정지막에 닿고, 시간 400(과식각 약 33%)에서 측벽 각 약 89.5~90°, 보잉 0, 마이크로트렌치 0, 마스크 가장 얇은 곳 약 34 nm, 정지막 손실 약 2 nm로 모든 규격을 통과한다. 이온 각도 퍼짐을 6°로 넓히면 보잉이 약 4 nm로 규격(3 nm)을 넘고, 이온 에너지를 0.7배로 낮추면 약 2 nm로 돌아온다. 고분자 전구체를 6.5로 올리면 입구가 막혀 깊이 약 50 nm에서 멈추고, 고분자를 1.2로 줄이고 O₂를 0.5로 올린 채 시간 500까지 돌리면 정지막이 뚫린다.

이 장에서 정한 것EB-20은 기본 레시피 + 과식각 33%로 규격을 통과한다. 여유가 가장 작은 항목은 보잉과 정지막 손실이다.
아직 남은 문제웨이퍼 전체의 불균일(14장)과 종횡비 30 이상(16장)에서는 같은 레시피가 버티지 못한다.
다음 단계자기 마스크를 그려 한계를 시험하고, 18장의 종합 퀴즈로 전체를 점검한다.

핵심 정리

  1. 프로파일은 이온(양·에너지·각도), 라디칼(양·붙을 확률), 고분자(쌓임·제거)의 균형으로 정해진다. 한 손잡이를 돌리면 여러 지표가 함께 움직인다.
  2. 같은 레시피라도 폭이 다르면 다르게 깎인다(ARDE). 그래서 가장 좁은 홈이 다 열릴 때까지의 과식각을 정지막과 마스크가 견뎌야 한다.
  3. 보잉은 이온의 각도 퍼짐과 에너지, 정지막 손실은 산소와 고분자의 균형, 입구 막힘은 고분자 과잉에서 온다.
  4. 식각 도중 조건을 바꾸는 다단계 레시피로 주 식각의 속도와 과식각의 선택비를 함께 얻는다.

확인 퀴즈

실험대에서 EB-20을 돌리다 정지막이 뚫렸다. 다른 규격은 지키면서 정지막 손실만 줄이려면 가장 먼저 무엇을 바꾸는가?

산화막은 막 속의 산소로 고분자를 태우며 깎이지만 질화막 위에는 고분자가 쌓여 식각이 멈춘다. O₂가 많거나 고분자가 적으면 이 보호막이 사라져 선택비가 무너진다(8장).

폭 10·20·40·80 nm 프리셋에서 80 nm 홈이 정지막에 닿은 순간 10 nm 홈의 깊이가 절반쯤이었다. 10 nm 홈까지 다 열려면 무엇이 필요한가?

ARDE 자체를 줄이는 방법(라디칼이 덜 붙는 조건, 더 곧은 이온)도 있지만, 결국 가장 느린 홈이 열릴 때까지 기다려야 한다. 그 시간 동안 이미 열린 홈의 정지막과 마스크가 견뎌야 한다(10장).

σ를 6°로 넓히자 보잉이 규격을 넘었다. 이온 에너지를 0.7배로 낮췄더니 보잉이 줄었다. 그 대가로 가장 먼저 확인할 것은?

이온 에너지를 낮추면 측벽을 때리는 이온의 수율이 줄어 보잉이 줄지만, 바닥의 이온 강화 식각도 느려진다. 마스크와 정지막은 오히려 덜 깎인다. 속도가 줄면 목표 시간과 과식각 예산을 다시 맞춰야 한다.