식각 선택비 공식 — 식각률 비인가, 실제로 깎인 마스크인가

식각 선택비는 두 막의 식각률 비지만, 패턴 웨이퍼에서 식각 깊이를 소모된 마스크 두께로 나눈 값은 대개 더 낮다. 두 공식과 보고법을 정리한다.

식각 선택비 공식은 두 막의 식각 속도 비다. S(A : B) = ER_A ÷ ER_B. A는 제거할 막, B는 남길 막이다. 선택비는 반드시 쌍으로 표기한다—타깃 대 마스크(마스크가 버티는가?)와 타깃 대 하부막(식각이 깨끗이 멈추는가?).

식각 선택비 공식: 선택비는 타깃 식각 속도를 마스크 식각 속도로 나눈 비율 — 선택비는 항상 쌍이다. 식각하려는 막을 남기려는 막으로 나눈다.

공식 두 가지

공식 1 — 속도 비. 같은 플라즈마에서 타깃과 마스크 각각의 식각 속도를 블랭킷 웨이퍼로 측정해 나눈다.

S_rate = ER_target / ER_mask

가장 흔히 인용되는 수치다. 패턴 없는 막에서, 한 시점에 측정한 값이다.

공식 2 — 소모 비. 패턴 웨이퍼에서 식각이 끝난 뒤 실제 결과를 측정한다.

S_consumed = (타깃 식각 깊이) / (소모된 마스크 두께)

마스크 생존 여부를 결정하는 수치다. 속도 비가 무시하는 요소—과식각 시간, 종횡비 의존 식각(ARDE), 마스크 패시팅—을 모두 반영한다.

두 가지 식각 선택비 공식 비교: 블랭킷 막의 속도 비와 패턴 웨이퍼의 소모 비 — 속도 비와 소모 두께 비.

두 공식은 양쪽 속도가 일정하고 식각 시간이 같을 때만 일치한다. 실제로는 거의 일치하지 않는다.

두 공식이 벌어지는 이유

세 가지 메커니즘이 소모 비를 속도 비 아래로 끌어내린다.

과식각. 타깃이 엔드포인트에 도달하면 깊이 증가는 멈추지만, 마스크는 계속 깎인다. 과식각이 길수록 소모 비만 낮아지고 속도 비는 변하지 않는다.

ARDE. 깊고 좁은 피처에서 타깃 식각 속도가 깊이에 따라 떨어진다. 마스크 상단은 플라즈마에 완전히 노출되어 정상 속도로 깎인다. 피처가 깊을수록 두 공식 사이 차이가 벌어진다.

마스크 패시팅. 이온 충격이 마스크 모서리를 둥글게 깎아, 블랭킷 측정 예상보다 마스크가 빠르게 얇아진다.

두 공식이 벌어지는 이유: 엔드포인트 이후에도 마스크 식각이 계속되고, ARDE가 깊은 피처의 타깃 식각 속도를 늦춘다 — 과식각과 ARDE가 실제 비를 속도 비 아래로 끌어내린다.

마스크 두께 산정

속도 비 선택비로 마스크 두께를 빠르게 추정할 수 있다.

필요 마스크 ≥ 타깃 깊이 × (1 + 과식각 비율) / S_rate + 마진

ARDE나 패시팅이 크면 이 추정은 실제보다 작다. 높은 종횡비 식각에서는 소모 비 기준이 안전하지만, 패턴 구조의 식각 결과 또는 모델 예측이 필요하다.

높은 선택비의 의미와 조절 방향

식각 선택비가 높으면 타깃이 보호막보다 훨씬 빨리 제거된다. 마스크를 얇게 쓸 수 있고 하부막 손실이 줄어든다. 다만 높은 선택비 자체가 좋은 프로파일을 보장하지는 않는다. 보잉, 틸팅, 언더컷은 별개 문제다.

조절의 일반적 방향:

이온 에너지(바이어스 파워) 증가 — 물리적 스퍼터링이 커져 마스크와 타깃 식각 속도 차이가 줄어든다. 선택비가 낮아지는 경향이다.
화학적 식각 비중 확대 — 라디컬 구동 또는 폴리머 형성 화학, 측벽 패시베이션 — 속도 차이를 넓힌다. 선택비가 올라간다.
경질 마스크 사용 — 포토레지스트 대신 하드마스크를 쓰면 타깃 대 마스크 선택비가 직접 올라간다.

선택비 보고 방법

선택비 숫자 하나만으로는 비교할 수 없다. 네 가지를 함께 명시한다.

어떤 쌍 — 타깃 : 마스크인지, 타깃 : 하부막인지.
어떤 공식 — 속도 비(블랭킷)인지 소모 비(패턴)인지.
어떤 구조 — 블랭킷 막인지 패턴 피처인지. 패턴이면 종횡비도 기재.
과식각 — 포함 여부.

식각 선택비 보고 체크리스트: 어떤 쌍, 어떤 공식, 어떤 구조와 종횡비, 과식각 포함 여부 — 이 네 가지 없이는 선택비 숫자를 비교할 수 없다.

트렌치 하나, 숫자 하나

패턴 스택에서 주시할 값은 소모 비다. 아래 화면은 DRAM AA 트렌치—개구 70 nm, 깊이 280 nm, AR 4.0 : 1—를 보여 준다. 선택비는 식각 깊이 ÷ 소모 마스크이며, 과식각과 ARDE 손실이 이미 반영되어 있다. 모델 예측 결과는 선택비 3.8 : 1, 보잉 δ 4 nm, 식각 속도 207 nm/min이다. 웨이퍼 실측값이 아니라 모델 예측이다.

Semi Process Lab 적층 구조 식각 화면: DRAM AA 트렌치, 개구 70 nm, 깊이 280 nm, AR 4, 선택비(마스크 버팀) 3.8 대 1, 보잉 4 nm, 식각 속도 207 nm/min — 선택비는 식각 깊이 ÷ 소모 마스크, 과식각 포함. 모델 예측이며 웨이퍼 실측이 아니다.

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자주 묻는 질문

식각 선택비 공식이란?

S = 타깃 막 식각 속도 ÷ 기준 막(마스크 또는 하부막) 식각 속도다. 패턴 웨이퍼에서는 소모 비—식각 깊이 ÷ 소모 마스크 두께—가 과식각과 ARDE를 반영하므로 더 대표적이다.

식각 선택비가 높으면 무슨 뜻인가?

타깃이 보호막보다 훨씬 빨리 제거된다는 뜻이다. 마스크를 얇게 쓸 수 있고 하부막 손실이 줄어든다. 그 자체로 식각 프로파일이 양호하다는 의미는 아니다.

선택비와 식각 속도 비는 같은가?

속도 비는 선택비를 표현하는 한 가지 방법이지 전부가 아니다. 소모 비는 과식각·ARDE·패시팅 때문에 속도 비보다 낮은 경우가 많다.

마스크에 필요한 선택비는 얼마인가?

최소한 타깃 깊이 × (1 + 과식각 비율) ÷ 가용 마스크 두께 이상이어야 한다. ARDE와 패시팅을 감안한 마진을 더하고, 높은 종횡비 피처에서는 블랭킷 속도 비 대신 소모 비로 추정하는 편이 안전하다.

Semi Process Lab의 적층 구조 식각 화면은 선택비를 식각 깊이 ÷ 소모 마스크로 표시하며, 과식각을 포함하고, 타깃 깊이 도달 전에 마스크가 소진되면 경고를 띄운다. 모델 예측값이므로 웨이퍼 투입 전 마스크·바이어스 조건 비교에 쓰고, 최종 조건은 패턴 웨이퍼에서 확인해야 한다. Semi Process Lab에서 직접 확인할 수 있다.