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<자막원문>

  • 진행 한주엽 디일렉 대표
  • 출연 유현용 고려대학교 전기전자공학부 교수

한: 오늘 고려대학교 전기전자공학부 유현용 교수님 모시고 반도체 식각 공정에 대해서 전반적으로 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 유 교수님 안녕하세요.

유: 안녕하세요.

한: 교수님 명함에 ‘전기전자공학부/반도체공학과’라고 나와 있는데. 원래 반도체공학과가 있었습니까?

유: 반도체공학과는요. 학부 과정으로 올해 처음으로 SK하이닉스랑 계약학과의 형태로 새롭게 고려대학교에 만들어진 본과 대학교 안에 만들어진 새로운 학과입니다.

한: 요즘 반도체 쪽에 인력이 없다고 난리던데. 그런 걸 조금 시간이 지나면 해소할 수 있는 그런 취지로 마련이 된 건가 보군요.

유: 이 반도체공학과 설립은 2~3년 전부터 추진이 됐던 거고요. 그리고 그때 정부에서 반도체에 대한 인력 양성이 지금도 되게 시급한 문제지만 그전부터 그 문제점을 인식을 해서 SK하이닉스와 고려대학교가 반도체공학과라는 계약학과를 만들게 되었습니다. 올해부터.

한: 교수님은 원래 교수가 되시기 전에는 뭘 하셨어요?

유: 제가 산업계에 있었습니다. 그래서 제가 박사 학위를 마치고 반도체 장비업체죠. 램리서치라는 지금 식각 공정 장비로는 세계 1위를 하는 장비 업체에 실리콘 밸리에 있는 본사 연구소에서 엔지니어로 있다가요. 그 후에는 포틀랜드에 있는 인텔 연구소에서 PTD(Process Integration Engineer)로 14나노 테크놀로지 노드를 개발하다가 2012년부터 고려대학교 교수로 오게 되었습니다.

한: 그럼 산업계에 몇 년 정도 계신 겁니까?

유: 한 3년 정도 있었습니다.

한: 램리서치에도 계셨고 인텔에도 계셨으면 그냥 교수님만 하셨던 것보다는 그쪽 산업계에 어떤 애로사항이라든지 일하면서 부딪치는 난제나 이런 것들을 많이 풀려고 노력을 많이 하셨을 것 같은데. 오늘 식각 장비에 대해서 얘기를 하려고 하는데. 식각(Etching), 식각(Etching) 장비 이렇게 얘기를 하는데. 참 어려워요. 식각이라는 것은 어떤 걸 의미하는 겁니까?

유: 식각(Etching)이라는 건 저희가 반도체 공정 중에 설계한 패턴을 반도체 웨이퍼에 전사하는 게 ‘패터닝’이라고 합니다. 그래서 패터닝 공정을 보면 노광 장비를 써서 그리는 거죠. 반도체 기판 위에다가. 그리고 그걸 그 본을 그대로 해서 깎아내는, 그러한 필요 없는 것을 깎아내는 게 바로 식각 공정입니다. 따라서 그 결과물로는 깎아냈기 때문에 삼차원 입체적인 구조가 나오는 그런 형태가 되겠습니다.

한: 그게 건식 식각 장비, 습식 식각 장비 이런 식으로 나뉘는 것 같던데.

유: 크게는 습식과 건식으로 나누고 있습니다. 그래서 습식 같은 경우에는 액체 상태 에천트(식각액)들을 이용해서 불필요한 영역을 식각시키는 그러한 방식인데. 그 방식은 이제 방향성이 모든 방향으로 일어나기 때문에 미세 패턴에는 어울리지 않는, 할 수 없는 그런 올드한 방식이 되겠고요. 그래서 지금 습식 식각이 이용되는 경우는 패터닝 하지 않고 전체를 패턴 없이 식각한다거나 이러한 것에 사용이 되고요. 건식 식각이라는 것은 기체 상태의 에천트(식각액)들을 이용해서 식각을 하는 겁니다. 사실 건식 식각이라는 게 기체 상태의 에천트(식각액)들을 이용하기 때문에 걔도 식각하는 데 모든 방향으로 다 일어날 수가 있는데요. 그중에서 ‘플라즈마(Plasma) 식각’이라는 게 있습니다. 그래서 요즘에는 건식 식각(Dry Etching)이 현재에는 다 플라즈마 식각이라고도 볼 수 있는데요. 플라즈마 식각은 방향성을 부여하는 겁니다. 그래서 기존에 그 식각 공정들이 모든 방향으로 일어났다면 플라즈마 식각 같은 경우에는 그 방향성까지 잡아서 어떠한 일정한 방향으로 식각을 만들어내는 기술이 되겠습니다.

한: 방향이라는 게 제가 잘 이해가 안 되는데 예를 들어서 앞으로 가는 방향이면 그쪽 방향으로만 식각이 된다는 얘기에요?

유: 예를 들면 방향이라는 게 저희가 수평 방향과 수직 방향이 있다면 저희가 수평 방향과 수직 방향 전체가 다 식각이 되버리면 미세 패턴의 패터닝을 할 수가 없습니다. 그런데 만약에 저희가 원하는 대로 저희 노광에 의해서 ‘포토레지스트(Photoresist)’라고 하죠. 그걸로 막아놓고 그 패턴대로 식각을 하기 위해서는 수평 방향보다는 수직 방향으로 식각 속도가 상당히 빨라져서 방향성을 갖는 식각을 만들어야 합니다.

한: 그게 저희가 그냥 미디어에서 반도체 생산 공정을 우리가 쉽게 편하게 얘기하면 “덮고 찍고 깎고 검사하고” 이 과정을 계속 거친다고 하는데. 깎는 거에 대한 공정을 식각이라고 한다면 중요도가 어느정도예요?

유: 식각 공정이 상당히 중요한 포션을 차지하고 있습니다. 그리고 난이도도 상당히 높고요. 그래서 일례로 지금 SK하이닉스나 삼성전자가 장비에 투자하는 금액 중에 40% 정도가 식각 장비 구매에 쓰이고 있고요.

한: 그렇게 많이 쓰입니까?

유: 왜냐하면 식각 장비에 공정 스텝이 전체 공정의 30% 정도를 차지하게 되는데. 예를 들면 생산성을 고려해서 장비에 대수가 많이 필요로 하고요. 그리고 또한 현대에는 EUV(극자외선)의 개발이 지연되면서 더블 패터닝 같은 멀티 패터닝 공정이 사용되면서, 노광 공정에서도 식각이라는 게 도움을 받아야 되거든요. 그렇기 때문에 요즘에는 식각 공정 장비의 숫자가 엄청나게 늘어나는 그런 추세에 있습니다.

한: 우리가 아까 “덮고 찍고 깎고” 할 때 보면 덮는 거에 대한 물질이 종류가 여러 가지인데.

유: 그렇죠.

한: 그 종류별로 깎는 방식이나 재료가 달라집니까?

유: 그렇죠. 깎을 때 제가 말씀드리는 건 플라즈마 식각인 경우를 이제 미세 패턴은 다 플라즈마 식각을 이용해서 하기 때문에요. 어떤 것을 타겟하느냐에 따라서 달라지거든요. 예를 들자면 크게 나눠서 Conductor etch냐 아니면 Dielectric etch이냐. 즉 절연체냐. 그래서 Conductor etch 같은 경우에는 예를 들어서 폴리실리콘을 깎는 거냐 아니면 실리콘을 깎는 거냐 또는 메탈류를 깎는 거냐. 이런 데 사용되는 플라즈마 식각의 플라즈마 소스라든가 방식이 있고요. 그다음에 Dielectric etch 같은 경우에는 주로 대부분 실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide)나 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 계열을 식각 할 때 쓰는 식각 장비에 플라즈마의 종류라든가 그 장비의 구성이 달라지게 되고 있습니다. 사실 플라즈마 상태라는 건 원래 저희가 물질의 상태가 고체 상태가 있고요. 예를 들면 얼음 같은 거죠. 거기다가 에너지를 주면 액체 상태가 되고 또 에너지를 더 주면 기체 상태가 되죠. 그런데 거기다 좀 더 에너지를 많이 가게 되면 이제 플라즈마라는 상태가 되면서 기체가 이온화 되는 겁니다. 그래서 그 안에 있는 일렉트론과 양이온 그리고 라디칼(Radical)이라든가 이런 중성 입자들이 그 안에 존재를 하게 됩니다. 따라서 플라즈마 식각은 바로 그런 라디칼(Radical)과 그다음에 이온에 의해서 이제 식각이 되는 건데요. 실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide) 같은 아주 밀도가 높고 아주 단단한 물질을 깎기 위해서는 에너지가 큰 이온들이 형성이 되도록 만드는 구조에 플라즈마가 만들어져야 됩니다.

한: 근데 식각 가스라든지 이런 것도 같이 들어와 줘야 되지 않습니까?

유: 식각 가스도 당연히 들어와야 되죠.

한: 그러면 절연체가 아닌 Conductor라든지 이런 걸 깎을 때는 어떻게, 비절연체를 깎을 때는 어떻게 되야 되는 거죠?

유: 비절연체를 깎을 때는 저희가 사용하는 플라즈마 방식이 좀 더 다른 방식이 있고요. 그 방식을 통해서 예를 들면 원래는 구성하는 식각하는 방식은 절연체냐 비절연체냐 상관없이 비슷한 메커니즘으로 동작을 하게 됩니다. 그래서 라디칼(Radical)이라는 건 화학적 결합을 되게 잘하는, 우리가 깎고자 하는 박막과 아주 화학적 반응을 잘 일으키는 놈이고요. 그다음에 이온들은 예를 들어서 저희가 미사일을 쏘듯이 딱 웨이퍼에다가 저희가 아주 큰 힘을 갖고 있는, 센 에너지를 갖고 있는 놈들을 때리는 거예요. 그래서 예를 들면 실리콘 기판이다 그럴 때 실리콘의 결합을 아주 약하게 아니면 좀 더 끊어주는 방식으로 하는 그래서 그걸 물리적, 이온 충돌에 의한 걸 물리적인 식각이라고 그러고. 거기서 나온 라디칼(Radical)에 의해서 화학적으로 식각하는 걸 화학적 식각이라고 하는데. 플라즈마 식각은 이 두 개를 시너지 효과를 이용해서 두 개를 결합해서 만든 거라서 이게 다이일렉트릭(Dielectric)이냐 아니면 비다이일렉트릭(Dielectric)이냐에 따라서 원리가 바뀌는 건 아니고요. 그 에너지가 얼마나 세게 만들 수 있느냐. 그리고 실리콘이나 폴리실리콘을 식각 같은 경우에는 주로 식각의 균일성. 예를 들어서 어느 장소에서는 식각이 빨리 되고 어느 장소에서는 식각이 느리지 않아야 되기 때문에. 그런 것들을 어떻게 컨트롤하느냐가 되게 큰 이슈가 되고 있습니다.

한: ICP 방식과 CCP 방식 이런 얘기도 하던데 이건 뭘 의미하는 겁니까?

유: 지금 제가 말씀드렸던 플라즈마 소스에 따라서 어플리케이션이 조금씩 바뀌는데요. CCP 같은 경우와 ICP 같은 경우로 크게 두 가지로 나누고 있습니다.

한: CCP하고 ICP가 뭐의 약어예요?

유: Capacitively Coupled Plasma를 CCP(용량성 플라즈마)라고 그러고요. Inductively coupled plasma를 ICP(유도성 플라즈마)라고 부릅니다. 그래서 플라즈마를 어떤 식으로 챔버 안에서 형성시키냐의 차이인데요. 예를 들어서 CCP 같은 경우에는 상하에 플레이트를 만들고요. 그 플레이트 상하에다가 RF Power를 만들어서 그 플라즈마를 형성하는 거고요. ICP 같은 경우에는 챔버가 있으면 챔버 위에다가 코일을 만듭니다. 그래서 코일에다가 전기장을 가해주는데요. 그 가해준 전기장이 챔버 내에 자기장을 변화시키고요. 자기장을 형성하고요. 그 형성된 자기장이 또 그 챔버 안에 전기장을 만들어서 RF 챔버 위에 있는 코일에 의해서 플라즈마가 형성되고요. 그다음에 웨이퍼 밑에 있는 ‘바이어스 파워’라는 걸 달게 되는데. 그 바이어스 파워에 의해서 이온들이 웨이퍼 방향으로 끌려오게 되는 그러한 형태를 가지고 있어서 두 개의 큰 차이점은 플라즈마를 만드는 것과 그다음에 이온의 에너지를 만들어서 직진성을 확보하는 그 에너지를 분리하느냐 아니면 한꺼번에 다 하느냐입니다. 그래서 CCP 같은 경우에는 그 플라즈마의 생성과 그다음에 이온의 에너지를 따로따로 컨트롤할 수 없고요. ICP 같은 경우에는 이온의 생성과 플라즈마의 생성을 따로따로 이온의 에너지와 플라즈마의 생성을 따로따로 컨트롤하기 때문에 자유도가 좀 더 높다고 할 수 있습니다.

한: 용처가 좀 다릅니까 그러면?

유: 그러니까 CCP 같은 경우에는 플레이트와 플레이트 사이에 간격이 상당히 짧기 때문에 강한 일렉트릭컬한 전기적인 에너지를 갖기 때문에 그 안에 입자들이 큰 에너지를 갖고 있어요. 큰 에너지를 갖고 있으니까 다이일렉트릭(Dielectric) 같은 아주 단단한 물질을 식각시키기에 좀 더 유리한 그러한 모습이고요. 그다음에 ICP 같은 경우에는 플라즈마의 농도, 즉 라디칼(Radical)의 숫자라든가 이온의 숫자를 훨씬 더 풍성하게 만들 수 있기 때문에 저희가 원하는 웨이퍼 표면에 고르게 플라즈마를 생성시켜서 균일하게 모든 웨이퍼의 엣지나 센터 부분 전부 다 균일한 속도로 식각을 할 수 있는 그러한 장점을 가지고 있습니다.

한: 그러면 해외에도 식각 장비를 하는 회사들이 램리서치가 가장 잘하지만, 일본에도 있고 미국에도 다른 회사도 하는데. 주로 어떤 방식을 많이 활용합니까?

유: 해외 업체들이 사실 전체 플라즈마 식각 장비에 대부분을 차지하고 있고요. 거의 95~96% 이상을 다 차지하고 있다고 보면 되고요. 그다음에 램리서치 같은 경우에는 저희가 방금 말씀드린 Dielectric etch랑 Conductor etch 두 개를 주력 제품으로 하고 있고요. 그다음에 텔(TEL) 같은 경우에는 텔(TEL)도 Conductor etch와 Dielectric etch를 생산을 하지만 Dielectric etch에 좀 더 치중하는 그래서 지금 삼성전자나 SK하이닉스가 개발하고 있는 3D V-NAND에 Gate Plug를 식각하는데 주로 많이 들어가는 그런 업체가 되겠고요. 그다음에 AMAT(Applied Materials) 같은 경우는 3위 업체인데 AMAT도 램리서치와 비슷하게 Conductor etch와 Dielectric etch가 거의 비슷하게 같이 많이 디벨롭이 되고 있습니다. 판매가 되고 있고요.

한: 램리서치가 대부분 많이 차지하고 있습니까?

유: 50% 정도를 차지하고 있습니다.

한: 나머지 20~25% 사이들은 나머지 회사가 둘이 갖고 있는 건가요?

유: 텔(TEL)이 한 30% 언저리고요. 나머지 20% 정도가 AMAT인 것으로 알고 있습니다.

한: 국내에도 식각 장비를 하는 회사들이 있잖아요. 삼성전자 자회사 세메스 같은 경우도 있고 거기는 삼성전자 자회사니까 당연히 그쪽으로 들어갈 텐데. APTC라는 상장회사가 그쪽에서는 삼성전자 자회사를 제외하고는 거의 유일하게 식각 장비를 만드는 회사라고 봐야 됩니까? 어떻습니까?

유: 지금 식각 장비를 APTC 같은 경우에는 국내에서 유일하게 만들고, 그러니까 메인 식각 에쳐를 말하는 겁니다. 메인 에쳐 중에서는 유일하게 만들고 양산까지 하는, 양산까지 갈 수 있는 건 APTC가 유일한.

한: 메인 에쳐가 아니라는 건 어떤 게 있죠?

유: 예를 들어서 엣지 부분을 좀 에칭한다거나 그래서 그건 좀 다른 회사가 독보적인, 국내 회사지만 다른 회사가 독보적인 위치를 차지하고 있는 회사가 있습니다.

한: APTC는 그러면 아까 해외 업체하고 비교했을 때 주로 어떤 방식과 장비를 주로 하나요?

유: 사실 APTC라는 회사가 되게 신기하게도 ICP 장비를 만들고 있습니다. 사실은 ICP 장비를 만드는 것에 대한 난이도가 상당히 높은데요.

한: CCP보다 ICP가 더 어렵습니까?

유: 구조적으로 독립성을 가지다 보니까 어떻게 보면 좀 더 난이도가 있다고 볼 수가 있죠. 왜냐하면 컨트롤해야 되는 것들도 상당히 많고 그다음에 균일한 식각이라든가 요구 조건도 상당히 까다롭고. 그래서 APTC 같은 경우에는 보면 그동안 국내 업체가 이 일을 할 수 없었던 이유 중의 하나가 플라즈마 소스에 대한 IP. 특허죠. 특허에 대한 문제 때문에 이런 장비를 만들기도 쉽지 않았고요. 그런데 APTC는 ICP에 대한 고유의 특허를 가지고 있고요. 또한 재연성 같은 게 상당히 큰 문제입니다. 웨이퍼를 진짜 양산할 때는 재연성이 있어야 되는데.

한: 재연성이라는 건 반복되는 작업에서 비슷한 수준을 계속 가야 된다는 것이죠?

유: 그러니까 웨이퍼를 계속 찍어낼수록 식각 속도라든가 식각 균일도가 달라지거나 이러면 의미가 없지 않습니까. 그렇기 때문에 그런 재연성 면에서 상당히 어느 수준에 이르는 회사이기 때문에 SK하이닉스에 양산 장비를 납품하는 것으로 알고 있고요. 그런 면에서는 상당히 놀랄만한 일이라고 생각합니다.

한: 플라즈마는 어떻게 발생시켜요?

유: 플라즈마는 아까도 말씀드렸다시피 기체를 저진공 상태에 놓고서 거기에 큰 전기적 에너지를 가해주게 됩니다.

한: 그걸 가해주는 기술 자체가 뭔가 특허로 많이 보호되어 있습니까?

유: 그럼요. 특히 ICP 같은 경우에는 그 방식, 코일을 어떻게 감싸느냐를 가지고 어떤 형태의 코일을 감싸느냐 이런 걸 가지고 특허가 많이 걸려 있고요. 그래서 램리서치라든가 아니면 AMAT도 서로 다른 방식, ICP 플라즈마 소스의 방식을 특허를 가지고 생산을 하고 있습니다.

한: 패터닝을 하고 나면 이렇게 선처럼 깎을 때도 있고 구멍(Hole)을 뚫어서 할 때도 있는데. 그것도 뭔가 식각 방식이 다른 거예요?

유: 식각 방식이 다르기 보다는요. 주로 선을 깎는 건 어떤 응용에서 깎느냐 아니면 구멍(Hole)을 뚫는 건 어떤 응용에서 깎느냐가 더 정확한 얘기가 될 것 같습니다. 예를 들자면 구멍(Hole)을 깎는 경우는 컨택을 만들 때. 배선이죠. 소자와 소자를 연결시켜주기 위해서 저희가 메탈와이어를 통해서 연결을 시켜주는데 그때 소자에 그 와이어를 연결시켜주기 위해서 깊숙이 Interconnection line via라고 그러는데 그걸 컨택을 시켜야 됩니다. 그때는 주위가 전부 다 옥사이드로 둘러 쌓여있고 그 아주 작은 면적에 구멍(Hole)을 뚫어서 그 안으로 메탈 성분을 집어 넣어줘야 되는 거죠. 그렇기 때문에 Dielectric라는 성분을 식각하는 그 부분이, 그 어플리케이션이 컨택입니다. 따라서 구멍(Hole) 같은 경우는 주로 Dielectric etch 장비가 그래서 많이 사용이 되는 거고요. 그다음에 예를 들어서 선 같은 경우는 주 용처가 보통은 STI라고 그래서 STI(Shallow Trench Isolation)이라든가 이렇게 소자와 소자를 분리시켜주는 공정에 쓰거나 아니면 게이트를 디파인해주기 위해서 쓰는 것이기 때문에 그때 깎는 대상이 되는 건 주로 실리콘류가 되겠습니다. 그래서 선 같은 것은 주로 Conductor etch를 통해서 주로 깎게 된다는 거죠.

한: 식각 장비의 성능이 좋다, 우수한 성능이다 이렇게 얘기할 때 여러 가지 수치가 있을 것 아닙니까. 어떤 게 있습니까?

유: 일단은 균일도를 상당히 많이 보고요. 웨이퍼 내부에서 예를 들면 엣지와 가운데와 그다음에 중간 영역에 전부 다 에칭 스피드가 다르다. 그러니까 식각 스피드가 다르다 그러면 문제가 심각해지지 않습니까? 그렇기 때문에 균일도가 중요한 척도 중의 하나고요. 그다음에는 식각 스피드죠. 왜냐하면 스루풋(Throughput)의 영향을 미치는 거죠. 생산성의 영향을 미치는 겁니다. 얼마나 빨리 식각을 하느냐. 같은 프로세스라도 좀 더 빨리 균일성을 갖고 좀 더 빨리 식각될수록 프로핏이 더 많은 거죠. 그다음에 하부층에 다른 레이어들이 있다면 다른 레이어를 얼마큼 공격하지 않고, 다른 레이어를 공격하지 않는다는 말은 식각하지 않고, 데미지를 입히지 않고 딱 원하는 층만 식각을 시키느냐라는 선택적 식각. 이게 얼마나 잘되느냐 이런 거고요. 그다음에 높은 종횡비(high aspect ratio) 그러니까 종횡비가 얼마나 큰 것을 잘 깎느냐 이런 것도 큰 이슈가 되겠습니다.

한: 보통 식각 장비를 어떤 회사가 처음 생겨서 그걸 만들려고 하면. 말씀을 들어보니까 말씀만 들어도 저는 어려운데.

유: 상당히 어렵습니다.

한: 중국에도 그런 식각 장비회사도 하나 있는 것 같기도 하던데. 뭘 만들기가 쉽지가 않을 것 같은데요. 그쪽 분야에서 회사가 새로 생기기가 쉽지 않을 것 같다는 생각이 드네요.

유: 그럴 수밖에 없는 게요. 한 테크를 디벨롭하기 위해서는, 저도 인텔이 있어 봤고 그다음에 램리서치에도 있어봐서 알겠는데. 한 테크를 개발하기 위해서는 수년 전부터 여러 장비회사와 같이 협업을 하면서 계속 디벨롭을 하게 됩니다. 그런데 중간에 새로 신생 회사가 있었다면 그 신생 회사를 갑자기 여기다가 넣어서 같이 디벨롭을 한다? 이건 상당히 어려운 일이고요. 그리고 문제가 될 소지도 많기 때문에, 양산을 해본 경험도 없기 때문에 이 장비를 선택한다는 건 쉽지 않죠. 특히 식각 장비는 예를 들어서 전 테크놀로지에 디벨롭했던 회사를 데리고 다음 세대의 테크놀로지를 디벨롭해도 완전히 새로 다시 해야 되는 것과 마찬가지거든요. 예를 들어서 증착 같은 경우에는 많이들 전 세대 것을 차용해오지만 미세 패턴화가 되기 때문에 완전히 또다시 식각 공정을 개발을 해야 되는 겁니다. 따라서 그 만큼에 신뢰도와 그 만큼에 장비의 성능을 양산했던 장비의 성능을 보증하지 않는다면 처음부터 그 테크놀로지를 디벨롭할 때 같이 가기가 쉽지 않은 거죠.

한: 현재 식각 공정에서 도전과제는 뭐가 있습니까?

유: 식각 공정의 도전과제는 식각 공정이 제일 어려운 것 중의 하나가 어떻게 보면 다른 공정에 비해서 어려운 것 중의 하나가 다른 공정은 그래도 다시 공정을 할 수 있는 것들이 많아요. 예를 들어서 노광 같은 경우에는 “노광이 잘못됐다” 그러면 지우고 다시 하면 되는 거고요. 아니면 “증착이 잘못됐다” 그러면 어떻게 보면 그 증착을 없앤 다음에 다시 녹인 다음에 다시 증착을 시키면 되는 거고. 하지만 식각은 한번 하면 되돌이킬 수가 없어요. 그렇기 때문에 이건 어려운 그런 문제고요. 그다음에 예를 들어 한 테크놀로지라도, 예를 들어서 디램을 저희가 생산하는데 같은 테크놀로지인데 PC용 디램이 나올 수 있고요. 아니면 모바일용 디램이 나올 수 있고 그다음에 서버용 디램이 나올 수 있습니다. 그러면 그게 뭐가 문제냐. 그 문제가 바로 페리(Peri)랑 셀(Cell) 간에 비율이 달라져요.

한: 페리(Peri)랑 셀(Cell) 간에.

유: 네. 그러니까 페리(Peri)라는 영역이 있고 셀(Cell)이라는 영역이 있는데. 그 간에 비율이 달라지면 셀이라는 영역은 되게 조밀한 영역이거든요. 패턴들이. 근데 그에 비해서 페리는 조밀도가 낮은, 밀도가 낮은 그런 영역입니다. 그러면 식각 공정은 얼마큼 패턴이 조밀하냐 아니면 여유가 있냐에 따라서 식각 속도가 달라지게 됩니다. 같은 테크라도 식각 공정이 개발해야 되는 건 상당히 많아지는 거죠. 그렇기 때문에 상당히 큰 난이도가 있고요. 그다음에 말씀하신 것처럼 요즘에 공정의 미세화 때문에 얘는 삼차원적으로 깎다 보니까 프로파일도 되게 우리가 원하는 프로파일이 나와야 되고 그런 미세 패턴이 되니까 그것에 따른 여러 가지 문제들이 생기는 거고요. 그다음에 미세화되니까 또 원하는 게 뭐냐면 높은 종횡비(high aspect ratio). 종횡비가 아주 큰 놈을 깎아달라고 하는 거죠. 그렇기 때문에 상당히 어려워요. 그렇기 때문에 여기에서 현재 제가 생각하는 식각 공정의 도전과제는 미세화에 따라서 예전에 우리가 생각하지 못했던, 예전에는 “OK” 했던 스펙 마진이 이제는 “OK” 가 아니라는 거죠. 예를 들어 100나노에서 2~3나노가 흔들리는 건 상관이 없는데 이제는 10나노에서 2~3나노 흔들리는 건 말이 안 된다. 이걸 어떻게 할 거냐. 그다음에 예를 들자면 또 종횡비(Aspect Ratio)가 지금 계속해서 증가하고 있는데. 정말 종횡비(Aspect Ratio)가 아주 큰 것을 깎다 보면 상하부의 구멍(Hole)의 크기가 달라지거나 이런 걸 어떻게 유지할 거냐 이런 것들이 상당히 큰 도전과제라고 생각을 합니다.

한: 원자층 증착 이런 것도 요즘 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착) 장비가 많이 쓰이고 있는데 식각 쪽에서 그런 기술들이 얘기가 많이 되고 있습니까?

유: 요즘에는 이제 ALE(원자층 식각)라고 해서 Atomic Layer Etching라는 그런 컨셉인데요. 이게 지금 현재 이 컨셉이 최근에 나온 것도 아니고 예전부터 나왔던 컨셉인데. 이제는 미세 패턴화가 되다 보니까 아주 미세화되다 보니까 이제 식각을 할 때 예전과 같은 방식으로 식각을 하는 것의 한계가 있어서 레이어 by 레이어로 쉽게 말해서 레이어 by 레이어로 식각을 하는 그런 개념들. 충분히 식각을 하고 패시베이션하고 식각을 하고 패시베이션을 하는 이런 과정들을 통해서 아주 정밀하게 깎는 그러한 식각 방식들이 요구가 되고 있습니다.

한: 그런 장비도 지금 개발이 되고 있는 건가요?

유: 그런 장비들도 지금 램리서치라든가 해외 식각 장비 업체들은 이런 것도 지금 현재 개발 중에 있는 것으로 알고 있습니다.

한: 아직 공정 라인에 그런 장비가 도입된 건 아니죠?

유: 아직은 도입되기 쉽지가 않은 게요. 이게 식각 속도가 되게 느려요. 그렇다 보니까 생산성이 문제가 되는 거죠. 그러니까 결국에는 생산성이 좋냐 아니면 이게 제대로 식각을 아주 정교하게 하느냐. 이거의 트레이드오프잖아요. 그렇기 때문에 지금 현재에서는 좀 더 기존에 방식이 좀 더 생산성이 좋기 때문에 버티는 거고요. 좀 더 미세화가 되면 식각이 되지 않기 때문에 어쩔 수 없이 가야되는 길인 거죠.

한: 교수님 반도체공학과의 학생들도 올해 1기로 받으셨을 텐데. 이렇게 얘기하면 알아듣습니까?

유: 요즘의 학생들이요. 수준이 많이 좋아진 편입니다. 그래서 왜냐하면 저희도 반도체에 대해서 온 국민이 언론상에서 “디램이 뭐다, 디램이 큰일이 났다. 슈퍼사이클이다” 이런 얘기도 많이 듣고 V-NAND 얘기도 듣고 비메모리 얘기도 너무 많이 접하지 않습니까. 특히 이 학생들은 반도체에 대한 관심이 엄청나게 고등학교 때부터 많았던 친구들이라서 많은 백그라운드를 가지고 있더라고요. 그래서 생각하는 것보다 상당히 포부도 크고 그다음에 반도체에 대한 이해도가 얘기를 해보면 상당한 지식을 갖고 있는 친구들도 많이 있습니다.

한: 지금 말씀해주신 내용을 들어도 말로 말씀을 하시는 걸 듣는 것도 되게 내용을 이해하기에 어려운 내용들인데. 이걸 또 만들고 또 안에서 공정을 하시는 분들도 공정 엔지니어분들이야 당연히 다 이해하고 계실 텐데. 참 정말 반도체 분야는 파고 들어가면 파고 들어갈수록 굉장히 어렵고 쉽지 않은 분야라는 걸 좀 느끼면서 연구하시는 분들을 보면 참 존경심도 드네요. 이런 어려운 것들을 어떻게 생각을, 아니 식각 장비라는 게 처음에 반도체라는 게 대량 생산이 되면서부터 계속 이용되어온 장비 아닙니까?

유: 그럼요. 식각 장비라는 게 처음에는 아까도 말씀드렸다시피 습식 방법으로 했었죠. 그러다가 그게 5마이크로미터(㎛) 패턴 최소 선폭을 가질 때까지는 그게 워킹을 했던 것 같아요. 그다음부터는 이게 불가능한 거죠. 그다음부터 이제 저희가 플라즈마 에칭이라는 식각 장비가 그때부터 도입이 되면서.

한: 도입되기 한참 전부터 어떤 분들은 “이걸 이렇게 하면 식각이 될 거야”라고 생각해서 연구를 계속해왔다는 거 아닙니까?

유: 그렇죠.

한: 종종 나오셔서 한번 저희 쪽에 공정 전반에 대해서 한 번씩 얘기해주시면 좋을 것 같습니다.

유: 언제라도 불러주시면 빨리 달려오겠습니다.

한: 오늘 여기까지 하겠습니다. 교수님 고맙습니다.

유: 감사합니다.

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