반도체 공장의 7개 공정 구역은 각각 무슨 일을 할까?

반도체 공장의 전공정을 어떻게 구역으로 나누는지는 공장마다 조금씩 다르다. 흔한 방식 가운데 하나이자 fab24hr에서 쓰는 방식은 7개 구역이다. 포토는 회로 패턴을 찍어 넣고, 식각은 그 패턴대로 깎아 내며, 박막은 새 재료를 한 층 입힌다. CMP는 표면을 평평하게 연마하고, 퍼니스는 고온으로 산화막을 키우거나 흐트러진 원자 배열(결정 격자)을 바로잡으며, 이온 주입은 원자를 실리콘 속에 쏘아 넣고, 세정은 공정 사이사이에 표면을 깨끗이 씻는다. 같은 일을 하는 장비를 한데 모아 놓은 것이 하나의 구역이다. 웨이퍼 한 장은 이 구역들을 오가며 백 단계가 넘는 공정을 거쳐야, 한 층씩 쌓아 올린 칩이 된다.

왜 여러 구역으로 나눌까?

칩은 한 번에 만들어지는 것이 아니라 한 층씩 쌓아 올리기 때문이다. 한 층을 쌓는 기본 흐름은 대략 이렇다. 재료를 한 층 입히고(박막 또는 퍼니스), 필요하면 먼저 평평하게 연마한다(CMP) → 이 층의 패턴을 찍고(포토), 찍은 뒤에는 먼저 측정한다 → 패턴대로 필요 없는 부분을 깎아 내고(식각), 필요하면 원자를 쏘아 넣은 뒤(이온 주입) 포토레지스트를 제거한다 → 깨끗이 씻는다(세정) → 다음 층을 쌓는다. 수십 층을 쌓는 동안 각 구역을 여러 번 거치게 된다. 같은 일을 하는 장비를 한데 모아 두면 조건을 관리하기 쉽고, 사람의 업무 분담도 쉬워진다.

포토 구역은 무슨 일을 할까?

포토는 포토리소그래피(lithography)를 현장에서 줄여 부르는 말이다. 웨이퍼 위에 포토레지스트를 한 층 바르고, 노광 장비로 포토마스크를 통해 빛을 비춘 뒤 현상하면, 회로 패턴이 포토레지스트 위에 찍힌다. 이 구역의 조명이 노란색인 것은 포토레지스트가 청색광과 그보다 파장이 짧은 빛에 반응하기 때문이다. 패턴이 정확하게 찍혔는지, 위아래 층이 잘 맞는지(오버레이)가 포토에서 가장 신경 쓰는 일이다. 포토 엔지니어로 플레이하기 · 포토 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘포토리소그래피(포토 공정)란?’에서 볼 수 있다.

식각 구역은 무슨 일을 할까?

식각(etching)은 포토레지스트로 덮이지 않은 재료를 제거해, 패턴을 아래층에 실제로 새겨 넣는다. 미세한 패턴은 대부분 플라즈마를 쓰는 ‘건식 식각’으로 깎는데, 곧고 깊게 깎을 수 있다. 화학 약액을 쓰는 ‘습식 식각’도 있는데, 대개 사방으로 함께 녹아 들어간다. 덜 깎으면 구멍이 뚫리지 않고, 너무 깎으면 아래층이 손상된다. 식각 공정 엔지니어로 플레이하기 · 식각 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘식각이란?’에서 볼 수 있다.

박막 구역은 무슨 일을 할까?

박막 구역에서는 웨이퍼 위에 아주 얇은 절연막이나 금속막을 입힌다. 두께는 수 나노미터에서 수백 나노미터에 이른다. 흔히 쓰는 방법은 세 가지다. 기체가 표면에서 화학 반응을 일으켜 막이 쌓이게 하는 화학기상증착(CVD), 플라즈마로 타깃의 원자를 떼어 내 웨이퍼 위에 입히는 스퍼터링(가장 흔한 물리기상증착), 그리고 한 번에 원자 한 층씩만 쌓는 원자층 증착(ALD)이다. ALD는 깊고 좁은 구멍 안까지 덮을 수 있다. 이 구역에서 가장 신경 쓰는 것은 막이 얼마나 두꺼운지, 얼마나 균일한지, 파티클이 없는지다. 박막 공정 엔지니어로 플레이하기 · 박막 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘박막 공정이란?’에서 볼 수 있다.

CMP 구역은 무슨 일을 할까?

CMP는 화학적 기계 연마(chemical mechanical polishing)로, 평탄화라고도 한다. 한 층을 쌓을 때마다 표면에는 높낮이가 생긴다. 슬러리가 표면을 무르게 만드는 동시에, 회전하는 연마 패드가 표면을 평평하게 갈아 낸다. 평평해야 다음 층의 포토 공정에서 정확하게 맞출 수 있다. 금속 배선을 만들 때도 CMP로 남는 금속을 갈아 내 트렌치 안에만 남긴다. 덜 갈면 잔여물이 남고, 너무 갈면 배선이 가늘어진다. CMP 공정 엔지니어로 플레이하기 · CMP 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘CMP란?’에서 볼 수 있다.

퍼니스 구역(확산)은 무슨 일을 할까?

퍼니스는 웨이퍼 여러 장을 선반에 나란히 세워 아주 높은 온도의 긴 관 안으로 넣는 장비로, 한 번에 백 장이 넘게 넣을 수 있다. 이 구역을 확산 구역이라고 부르는 곳도 많다. 산화막을 키우고, 주입한 원자를 고온으로 제자리에 자리 잡게 하고, 흐트러진 결정 격자를 회복시키는 데 쓰며, 일부 박막도 퍼니스에서 증착한다. 결과는 온도와 시간으로 정해지고, 고온의 영향은 계속 쌓인다(열 예산). 한 번 굽다가 문제가 생기면 그 안의 웨이퍼 전부가 영향을 받는다. 퍼니스 공정 엔지니어로 플레이하기 · 퍼니스 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘퍼니스는 무슨 일을 할까?’에서 볼 수 있다.

이온 주입 구역은 무슨 일을 할까?

이온 주입은 붕소, 인 같은 원자를 전하를 띤 이온으로 만든 뒤 전기장으로 가속해 실리콘 속에 쏘아 넣어, 어느 부분에 전기가 통하는지, 얼마나 통하는지를 정한다. 흔히 말하는 도핑이 바로 이것이다. 쏘아 넣는 양(도즈)은 전기가 통하는 정도를, 쏘아 넣는 속도(에너지)는 깊이를 정한다. 주입한 뒤에는 보통 다시 가열해 원자가 제자리를 잡고 결정 격자가 회복되게 한다. 잘못 쏘아 넣은 원자는 다시 꺼낼 수 없어서, 이 구역은 설정을 잘못 쓰는 일을 매우 경계한다. 이온 주입 공정 엔지니어로 플레이하기 · 이온 주입 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘이온 주입이란?’에서 볼 수 있다.

세정 구역(습식 세정)은 무슨 일을 할까?

습식 세정(웨이퍼 세정)은 각 공정 사이사이에 화학 약액으로 표면의 파티클, 유기물, 금속, 아주 얇은 자연 산화막을 제거한 뒤, 초순수로 헹구고 말린다. 전체 흐름에서 가장 많이 되풀이되는 단계 가운데 하나다. 세정을 마친 표면은 아주 ‘신선’해서 너무 오래 두면 다시 변하므로, 세정과 다음 공정 사이에는 흔히 시간 상한(큐타임)이 있다. 세정 공정 엔지니어로 플레이하기 · 세정 장비 엔지니어로 플레이하기. 자세한 내용은 ‘웨이퍼 세정이란?’에서 볼 수 있다.

계측은 어느 구역에서 할까?

거의 모든 구역에서 공정이 끝나면 측정을 한다. 막이 얼마나 두꺼운지, 선이 얼마나 넓은지, 얼마나 정확하게 맞았는지, 파티클이 있는지를 본다. 계측 장비는 각 구역 옆에 두기도 하고, 한곳에 모아 두기도 한다. 결과는 관리도에 찍히고(‘SPC 관리도란?’), 치우치면 누군가 처리해야 한다. 구역마다 보통 ‘만들어 낸 것이 맞는지’를 챙기는 공정 엔지니어와 ‘장비가 제대로 움직이는지’를 챙기는 장비 엔지니어가 있다. 두 직무를 어떻게 나누는지는 ‘공정 엔지니어와 장비 엔지니어는 무엇이 다를까?’를 읽어 보면 된다.

fab24hr에서는

fab24hr에서는 양산 팹과 개발 라인 모두 이 7개 구역으로 나뉘며, 구역마다 공정 엔지니어와 장비 엔지니어 역할이 있다. ‘출근’을 누르고 ‘직장인의 하루’를 고른 뒤, ‘오늘 나는’ 카드에서 공장, 직무, 구역을 차례로 고르면 된다. 포토 구역의 조명이 노란색인 것, 퍼니스에 한 번에 백 장이 넘게 들어가는 것, 잘못 주입한 원자를 꺼낼 수 없는 것은 모두 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼다. 장비 번호, 로트 번호, 숫자, 인물은 가상이며, 어느 회사의 방식을 나타내는 것도 아니다.