고대 진법에 비춘 반도체 식각의 근본 원리

요즘 일본의 반도체 소재 수출 규제 움직임에 따라 세상이 시끄러워졌다.

여기 기대어 진작부터 한 생각이 일었으나,

이제야 그를 틈을 내어 풀어내본다.

뉴스를 접하다 보면 식각(etching) 운운하는 말을 듣게 된다.

이게 무엇인가 잠시 설명하면서, 여기로부터 유출되는 실마리를 찾아,

이야기를 진행하고자 한다.

이는 일본의 수출 규제에 대한 직접적인 언급이 아니라,

반도체에 대한 한 가지 이해를 도모하고자 하는 시도인즉,

큰 기대를 하지는 말기를 부탁드린다.

식각(蝕刻)이란 무엇인가?

여기 蝕이란 ‘좀먹을 식’이니, 

곧 벌레가 갉아먹는다는 뜻이다.

헌즉, 식각이란 곧 갉아내 새긴다는 뜻이다.

요즘 사람들은 etching이란 말을 주로 쓰나,

한자어에 기대면, 그 어의를 실감나게 추상화낼 수 있다.

물론 etch의 어원을 따라가 보면 산(acid)으로 무엇인가를, 

engrave한다는 뜻을 짚어낼 수는 있지만,

벌레가 갉아먹는 역동적이며 회화적인 이미지를 추상화하는 데는,

미치지 못한다고 하겠다.

(출처 : hitachi)

사진은 필름에 피사체의 상을 감광제에 작용시켜 맺게 하고,

이를 현상액에 넣어 현상(development)시킨 후,

인화지에 인화(印畫, print)시킨다.

위 그림을 보면,

감광제를 코팅한 웨이퍼 위에 빛을 조사하여(照射, exposure)하여,

현상(development)하기 까지는 사진과 원리적으로 거의 같다.

헌데, 5번 공정인 etching에 이르면,

피식각 물질을 식각시키는 모습을 명확히 이해할 수 있다.

바로 이 때, 일본이 수출을 규제하겠다는,

불산(弗酸, HF, Hydrogen fluoride)이 그 용제로 쓰인다.

이 불산은 형석(螢石, CaF₂)에 황산을 반응시켜 만든다.

이 형석은 공업용 기초 재료로 많이 이용되지만,

여러 색깔을 내기에 보석으로 이용되기도 한다.

피식각 물질은 여러 물질이나,

비용을 고려 대개는 SiO₂를 많이 쓴다.

헌데, 아시는가?

바로 이 규소(Si)가 바로 모래의 주성분인 것을. 

오늘날 반도체는 산업의 쌀이라 이르기까지 할 정도로 널리 쓰이고 있다.

헌데, 그 기본 소재가 모래 곧 돌덩이라는 사실이 기이롭지 않은가?

돌덩이에 식각을 통해 다양한 전기적 특성을 가진 기하학적 구조를 만들어내고,

여기에 전기를 통하면 기기묘묘한 현상을 일으킨다.

이를 기술적으로 통제(control)하여 공학적 목표에 공(供)하게 된다.

이에 대하여는 내가 진작에 쓴 글을 참조하여도 좋겠다.

(※ 참고 글 : ☞ 팔진도와 반도체)

진서엔 제갈공명이 어복에서 편 팔진도에 대하여 이리 말하고 있다.

諸葛亮造八陣圖於魚復平沙之上，壘石為八行，行相去二丈。

(晉書 列傳第六十八 王敦桓溫)

돌을 쌓아 팔항(八行)을 만들고,

각 팔항 사이의 간격을 2장(二丈)으로 하였다.

(※ 八行 : 行은 항렬(行列), 항오(行伍)처럼 열 지은 모습을 그리는 즉,

여기선 팔항이라 발음한다.)

(출처 : 網上圖片)

아, 이것은 오늘날의 반도체 집적회로(integrated circuit)와 무엇이 다른가?

현대의 반도체는 식각된 층을 적층(積層)으로 다층화하고,

선폭을 더욱 얇게 하여, 집적도를 높이고, 

소량화하며, 그 끝 간 데를 알 수 없는 것으로 나아가고 있다.

공명이 돌무더기를 쌓아,

그 기하학적 형태소가 공간으로 발출(發出)하는 기운으로,

적을 유인하여 섬멸하는 진(陣)을 펼침과,

현대의 반도체 식각 기술을 통해,

한낱 돌에 불과한 실리콘에 

전기, 전자공학적 현상을 일으킴.

이 양자는 원리적으로는 매한가지가 아닌가?

팔진도에서 돌무더기를 쌓는 일은 병졸들이 맡았을 것이다.

헌데, 반도체에선 쌓는 것이 아니라, 

깎아냄으로써 돋을새김으로 이런 작용 효과를 낸다.(양각 방식의 경우)

여기서 깎는 일은 병졸이 아니라,

이번에 문제가 된 공정 범위에선,

불산 즉 불화수소가 담당하고 있음이다.

불화수소는 지금까지는 일본에서 수입하고 있었음인데,

이자들이 더 이상 이를 지금처럼 편히 제공하지는 않겠다는 소리를 하고 있다.

공명이 명을 내렸는데, 감히 병졸들이 이를 거역하랴?

헌데, 돈 주고 부리던 일본 아이들이,

예전에 천인공로한 일을 저지르고도 반성치 않자,

한국 대법원은 저들로 하여금 그 댓가를 치루라 명하고 있는 것이다.

그러자, 똥 싼 놈이 화낸다고,

적반하장(賊反荷杖) 난리를 치고 있는 것이다.

잘못 하였다고 말하지 않아도 좋다.

다만, 이리 어깃장 부리며,

안하무인으로 놀면,

종국엔 큰 앙화를 당하기 십상이다.

이는 결코 하늘, 神에 의해 응징을 당한다는 말이 아니다.

나는 사필귀정(事必歸正)을 믿지 않는다.

칸트 식으로 사후에 요청되는 윤리를 궁색하다고 여긴다.

이런 따위의 속담, 현실의 비정합성을 합리화하는 태도를 수용하지 않는다.

다만, 이리 악을 키우면, 상대가 있는 바라,

저항이 강해지고, 원한을 더하여,

종국엔 크게 댓가를 치루게 되는 소인(素因)이 되고 만다는 점을 특별히 지적하여 두고자 한다.

당장 어제, 오늘의 사람이 품은 함원(含怨)은 하늘보다 크고, 바다보다 깊은 법.

이는 결코 하늘도 어찌 할 수 없다.

허니, 결코 사람, 이웃에게 죄를 짓지 말 일이다.

여담이지만, 특히 계집사람에겐 더욱 더 아니다.

오죽하면 여자의 한은 가을 서리보다 더 독하다 하였겠음인가?

(※ 참고 글 : ☞ 애자지원필보(睚眦之怨必報))

옛말에 怨入骨髓라,

원한이 골수에 박힌다 하였음이다.

기실 이엔, 소인, 계집사람이 따로 있는 것이 아니다.

원이 쌓이고, 한이 겹치면,

지아무리 군자일지라도 깊은 원망이 생기는 법.

아무리 한국이 엉망으로 굴러간다한들,

저 원과 한이 살을 헤치고, 뼈를 삭히며,

급기야, 소인, 계집사람이 품은 한과 같이,

아니 이를 넘어, 더 치밀하고도 무섭게 칼을 갈게 만드는 법.

어찌 이를 가볍게 여길 일이랴?

喜無以賞，怒無以殺；喜以賞，怒以殺，怨乃起，令乃廢，驟令不行，民心乃外。外之有徒，禍乃始牙。眾之所忿，置不能圖。舉所美，必觀其所終。廢所惡，必計其所窮。

(管子)

“기쁘다 하여 상을 주거나, 분노가 일어 사람을 죽여서는 아니 된다.

기쁨으로 상을 주고, 분노로 사람을 죽이면,

원한이 생기고, 법령이 (있으나마나) 폐해진다.

잦은 명령이 시행되지 않으면, 민심이 밖으로 겉돌게 된다.

밖으로 그런 무리들이 생기게 되면, 화근의 싹이 트게 된다. 

대중이 분노하면, 소수로는 감당할 수 없게 된다.

좋아하는 이를 등용할 때는, 필히 그 끝마침을 살필 일이며,

미워하는 이를 버릴 때에는, 반드시 마지막을 헤아려야 한다.”

아, 그런즉,

風雨無違라,

비, 바람처럼 어긋남이 없어야 한다.

이게 무슨 말인가?

風，漂物者也；風之所漂，不避貴賤美惡。雨，濡物者也；雨之所墮，不避小大強弱。風雨至公而無私，所行無常鄉，人雖遇漂濡，而莫之怨也；故曰：「風雨無鄉，而怨怒不及也。

“바람은 만물을 움직이는 것이다.

바람이 불 때에는 귀천, 미추를 가려 꺼리지 않는다.

비는 만물을 적시는 것이다.

비가 떨어질 때에는, 작고, 크고, 강하고 약함을 가리지 않는다.

바람과 비는 지극히 공평하여 삿됨이 없어,

그 이르는 곳에 일정한 지향이 없다.

사람은 비바람을 만나도 원망하지 않는다.

그런즉, 

'비바람은 무향(無鄕)이라,

즉, 어떤 지향이 없음이라,

원망과 노여움이 미치지 않는다 한다.’”

비바람이 평소 친소에 따라,

누구는 어여삐 어겨 피하고,

누구는 미워 폭풍우를 쏟아내는가?

지역, 재력, 미추 차별하지 않고,

때에 이르면 비를 내리고 바람이 불 뿐인 것을.

하온데, 사람은 애증에 따라, 이해관계에 따라,

차별하고, 나누고, 유향(有鄕)으로 행동한다.

이 어찌 부끄러운 일이 아니랴?

모름지기,

사람은 비, 바람을 배울 일이다.

아베는,

이 말씀을 듣고 있음인가?