식각(蝕刻, Etching)은 재료 표면에서 특정 부분을 선택적으로 제거하여 원하는 패턴이나 구조를 형성하는 공정이다. 주로 반도체 제조, 인쇄 회로 기판(PCB) 제작, 미세전자기계시스템(MEMS) 등 첨단 기술 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 식각 공정은 주로 마스크(Mask)를 사용하여 제거될 영역과 보호될 영역을 구분하며, 화학적 또는 물리적 방법을 이용한다.
원리
식각 공정은 포토리소그래피(Photolithography)를 통해 형성된 포토레지스트(Photoresist) 마스크를 기반으로 이루어진다. 이 마스크는 제거되어서는 안 되는 부분을 보호하는 역할을 하며, 마스크로 덮이지 않은 부분의 재료가 식각액 또는 플라즈마와 반응하여 제거되고, 마스크로 덮인 부분은 보호된다. 이 과정에서 식각 속도, 선택비(Selectivity, 식각 대상 물질과 마스크 물질에 대한 식각 속도 비율), 비등방성(Anisotropy, 식각이 수직 방향으로만 진행되는 정도) 등이 중요한 고려 사항이다.
종류
식각 공정은 크게 습식 식각과 건식 식각으로 나눌 수 있다.
1. 습식 식각 (Wet Etching)
- 정의: 액체 형태의 화학 용액(식각액)을 사용하여 재료를 제거하는 방식이다. 화학 반응을 통해 재료를 용해시키거나 기체 형태로 변환하여 제거한다.
- 특징:
- 주로 등방성(Isotropic) 식각이 발생하여 모든 방향으로 동일하게 진행되므로, 마스크 아래로 재료가 파고들어가는 언더컷(Undercut) 현상이 발생할 수 있다.
- 공정 비용이 저렴하고 대량 처리에 용이하다.
- 정밀한 패턴 제어가 어렵고 폐액 처리 문제가 발생할 수 있다.
- 응용: PCB 제조의 구리 식각, 실리콘 웨이퍼 세정, 일부 박막 제거 등에 사용된다.
2. 건식 식각 (Dry Etching)
- 정의: 진공 챔버 내에서 가스를 플라즈마(Plasma) 상태로 만들어 물리적 충격이나 화학적 반응을 유도하여 재료를 제거하는 방식이다.
- 특징:
- 주로 비등방성(Anisotropic) 식각이 가능하여 수직 방향으로 정밀한 패턴 형성에 유리하다. 이로 인해 미세 패턴 구현에 필수적이다.
- 반응성 이온 식각(RIE, Reactive Ion Etching), 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각, 스퍼터 식각(Sputter Etching) 등 다양한 방식이 있다.
- 습식 식각에 비해 고가의 장비가 필요하며 공정이 복잡하고 식각 속도가 느릴 수 있다.
- 응용: 반도체 제조 공정에서 게이트, 트랜지스터, 배선 등 미세 회로 패턴을 형성하는 데 주로 사용된다.
응용 분야
- 반도체 제조: 반도체 웨이퍼에 트랜지스터, 배선 등의 미세 회로 패턴을 형성하는 데 건식 식각이 필수적으로 활용된다.
- 인쇄 회로 기판(PCB) 제조: 구리층에 회로 패턴을 구현하기 위해 주로 습식 식각을 사용한다.
- 미세전자기계시스템(MEMS): 센서, 액추에이터 등 MEMS 소자를 제작하기 위해 복잡한 3차원 구조를 형성하는 데 식각 기술이 활용된다.
- 디스플레이 산업: TFT-LCD, OLED 등 디스플레이 패널의 전극 및 배선 패턴 형성.
- 광학 소자 및 나노 구조물 제작: 회절 격자, 광도파로 등 정밀한 광학 소자나 다양한 나노 구조물을 제작하는 데 활용된다.