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title: "칩에 깊은 구멍을 팔 때, 옆벽은 왜 함께 사라지지 않을까"
author: "브레이브브라우저쓰자"
published_at: "2026-10-05T03:00:04.575Z"
updated_at: "2026-09-30T05:51:02.406Z"
tags: ["반도체","반도체 이론","공학","기술 해설","칩 공장"]
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# 칩에 깊은 구멍을 팔 때, 옆벽은 왜 함께 사라지지 않을까

[원문](https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/%EC%B9%A9%EC%97%90-%EA%B9%8A%EC%9D%80-%EA%B5%AC%EB%A9%8D%EC%9D%84-%ED%8C%94-%EB%95%8C-%EC%98%86%EB%B2%BD%EC%9D%80-%EC%99%9C-%ED%95%A8%EA%BB%98-%EC%82%AC%EB%9D%BC%EC%A7%80%EC%A7%80-%EC%95%8A%EC%9D%84%EA%B9%8C)

## 설탕을 녹이면, 아래로만 없어지지 않는다

각설탕 위에 작은 구멍을 내고 물을 떨어뜨린다고 생각해보자. 물이 닿는 옆면도 함께 녹으니 구멍을 깊게 만들수록 폭을 유지하기 어렵다. 반도체에서도 반응성이 높은 기체만 공급하면 비슷한 문제가 생길 수 있다. 원하는 것은 아래로 길게 이어지는 통로인데, 옆벽까지 깎이면 회로의 간격과 모양이 달라진다.

플라즈마 식각은 화학 반응에 방향을 가진 입자의 도움을 더한다. 대표적인 반응성 이온 식각에서는 기체를 플라즈마로 만들어 반응성이 높은 중성 입자와 이온을 만든다. 둘은 같은 공간에 있지만 서로 다른 일을 한다.

## 반응할 재료와, 반응을 도울 방향을 나눈다

중성 라디칼은 표면에 도착해 원자와 화학 반응을 한다. 생성물이 기체로 떨어져 나오고 배기되면 그만큼 재료가 제거된다. 예를 들어 불소와 실리콘의 반응에서는 휘발성 불화규소가 만들어질 수 있다. 이온은 충돌 에너지를 전달해 표면 결합을 끊거나 반응과 생성물 제거를 돕는다. 물리적 충돌과 화학 반응이 함께 작동하면 각각을 따로 쓸 때보다 식각이 훨씬 활발해질 수 있다. [Lam Research의 식각 원리](https://newsroom.lamresearch.com/etch-essentials-semiconductor-manufacturing)

방향성은 웨이퍼 근처의 전기장과 관계가 있다. 양이온은 플라즈마와 웨이퍼 사이의 전위가 변하는 영역을 지나며 가속된다. 조건이 맞으면 웨이퍼에 대체로 수직으로 도착해 구멍 바닥에 에너지를 집중한다. 전하가 없는 중성 입자는 이 전기장으로 같은 방식의 가속을 받지 않는다. [튀빙겐대의 반응성 이온 식각 설명](https://uni-tuebingen.de/en/research/research-infrastructure/lisa/facilities/micro-nano-patterning/reative-ion-etching/)

그러므로 수직 식각을 ‘가는 이온 빔이 구멍을 뚫는다’고만 이해하면 절반을 놓친다. 이온이 반응을 돕는 곳에서, 도착한 반응물이 제거 가능한 생성물을 만들어야 한다. 방향과 화학이 함께 필요하다.

## 옆벽에는 보호막을 남겨둔다

옆벽도 중성 입자에 노출되므로 이온의 방향성만으로 충분하지 않은 공정이 있다. 이때 표면에 반응을 억제하는 얇은 보호층을 만든다. 이를 패시베이션이라고 한다. 바닥에서는 이온 충돌로 보호층이 제거되거나 식각이 진행되지만, 이온의 효과가 약한 옆벽에는 보호층이 남아 수평 방향의 제거를 늦춘다.

공정에 따라 보호층을 만들면서 동시에 식각하거나, 보호와 제거 단계를 번갈아 수행한다. 보호층이 너무 적으면 옆벽이 깎이고, 너무 많이 쌓이면 바닥의 식각까지 막거나 입구를 좁힐 수 있다. ‘잘 깎는 기체’를 찾는 것만큼 ‘어디를 덜 깎을지’를 조절하는 일이 중요하다. [Lam Research 강의, 43·53쪽](https://willson.cm.utexas.edu/Teaching/LithoClass2017/Files/Introduction%20to%20Plasma%20Etching_Lecture_101917_Day1_Sntzd.pdf#page=53)

## 똑바로 깎는 능력과, 골라 깎는 능력은 다르다

방향성을 잘 맞춰도 위쪽의 마스크가 먼저 없어지면 무늬를 유지할 수 없다. 이 문제를 비교하는 수치가 선택비다.

`S = v_target / v_mask`

S는 대상 막에 대한 마스크 선택비, v_target과 v_mask는 같은 공정 조건에서 각각의 식각 속도다. 대상 막이 분당 100 nm, 마스크가 분당 10 nm 깎인다고 가정하면 선택비는 10이다. 일정한 속도로 1분 처리한다면 마스크도 10 nm 소모된다. 이 수치는 설명용 가정이다. 실제로는 두께 편차를 없애기 위한 추가 식각 시간과 마스크 모서리의 마모까지 고려해야 한다.

이온 에너지를 높이면 바닥 반응을 도울 수 있지만 마스크와 소자 표면의 손상도 늘 수 있다. 더 깊은 통로에서는 입자의 도착 각도와 반응물 공급, 부산물 배출도 까다로워진다. 따라서 선택비 하나가 높다고 수직성과 속도까지 모두 좋아졌다고 말할 수 없다.

모든 플라즈마 식각이 수직으로 진행되는 것도 아니다. 어떤 공정은 의도적으로 옆쪽 재료를 제거한다. 깊고 곧은 구멍은 플라즈마의 자동적인 결과가 아니라, 바닥과 옆벽이 서로 다른 반응 조건을 겪도록 설계한 결과다.