리워크란? 왜 포토 공정은 다시 할 수 있는데 식각은 안 될까

리워크(rework, 재작업)란 제대로 되지 않은 공정을 다시 하거나, 덜 된 부분을 마저 하는 것이다. 품질경영 국제 표준은 이를 부적합한 것이 다시 요구 사항에 맞도록 하는 조치로 정의한다. 팹은 어떤 로트가 잘못된 것을 발견하면 먼저 홀드하고, 그다음 릴리스할지, 리워크할지, 스크랩할지 판정한다. 누가 판정하는지는 ‘홀드란?’을 참고하자. 이 글은 리워크만 다룬다. 무엇을 리워크할 수 있고, 어떻게 리워크하며, 그 대가는 무엇인지다.

왜 포토 공정에서 리워크가 가장 많을까?

먼저 포토 공정이 하는 일부터 보자. 포토 공정은 회로 패턴을 웨이퍼에 ‘찍는’ 공정이다. 포토레지스트(PR)를 한 층 도포하고 노광, 현상을 거치면 남은 포토레지스트가 곧 패턴이다. 이어서 식각이 이 패턴을 따라 아래층을 깎아 내고, 마지막으로 포토레지스트를 제거한다.

벽에 페인트를 칠하기 전에 붙이는 마스킹 테이프를 떠올려 보자. 비뚤게 붙였으면 떼어 내고 다시 붙이면 된다. 하지만 페인트를 뿌리고 나면 비뚤어진 선은 벽에 그대로 남는다. 포토레지스트가 바로 그 테이프이며, 임시 형판일 뿐이다. 현상을 마친 시점에 패턴은 아직 포토레지스트에만 있고, 그 아래 재료는 전혀 건드려지지 않았다. 이때 오버레이가 어긋났거나 선폭이 맞지 않거나 결함이 보이면, 포토레지스트를 한 층 통째로 벗겨 내면 된다. 웨이퍼는 찍기 전의 상태로 돌아가고, 다시 찍을 수 있다.

일단 식각하거나 이온 주입으로 원자를 쏘아 넣고 나면, 바뀐 것은 웨이퍼 자체이므로 되돌릴 수 없다.

포토 공정의 리워크는 어떻게 할까? 단계별로 보기

1단계: 현상 후 측정에서 문제가 나온다

• 하는 일: 현상이 끝나면 오버레이와 선폭을 측정하고 결함이 없는지 본다. 이 단계를 흔히 현상 후 검사(ADI, after-develop inspection)라고 한다. 어떻게 측정하는지는 ‘팹은 공정이 제대로 됐는지 어떻게 알까?’를 참고하자.
• 이유: 패턴이 식각으로 새겨지기 전, 아직 고칠 수 있는 마지막 기회다.
• 하지 않으면: 잘못된 패턴이 그대로 새겨지고, 남는 일은 아직 쓸 수 있는지 평가하는 것뿐이다. 쓸 수 없으면 스크랩한다.

2단계: 리워크할지 판단하고, 왜 틀렸는지도 찾는다

• 하는 일: 먼저 이 로트를 홀드하고, 엔지니어가 리워크할지 그대로 진행할지 판정한다. 리워크할 웨이퍼가 몇 장뿐이라면 그 몇 장을 떼어 별도의 로트로 만든다(로트 분할). 동시에 원인을 찾는다. 노광 장비가 어긋나 있었다면 그 오차를 노광 장비에 넘겨 보정하게 하고(‘오버레이란?’ 참고), 핫플레이트가 고장 났다면 그 핫플레이트부터 사용 중지한다.
• 이유: 조금만 어긋났을 때는 리워크가 꼭 득이 되지는 않는다. 원인을 고치지 않으면 다시 찍어도 똑같이 틀린다.
• 하지 않으면: 한 번 더 돌린 보람이 없고, 웨이퍼만 처리를 한 번 더 받는다.

3단계: 포토레지스트를 제거하고 세정한다

• 하는 일: 산소 플라즈마로 포토레지스트를 ‘태워’ 없애거나 약액으로 녹여 낸다. 두 방법을 이어서 쓰는 경우가 많고, 그다음 깨끗이 세정한다(‘포토레지스트란?’의 마지막 단계 참고).
• 이유: 이전 포토레지스트가 조금도 남지 않아야 새 포토레지스트가 평평하게 도포되고 단단히 붙는다.
• 하지 않으면: 잔여물이 웨이퍼에 남아 새로운 결함이 된다.

4단계: 포토 공정을 처음부터 다시 거친다

• 하는 일: 건조, 프라이밍, 포토레지스트 도포, 베이크, 노광, 노광 후 베이크, 현상. 처음과 똑같이, 한 단계도 빼지 않는다.
• 이유: 모든 단계가 찍혀 나오는 패턴에 영향을 주므로, 조건이 정상 로트와 같아야 한다.
• 하지 않으면: 예를 들어 프라이밍을 빠뜨리면 포토레지스트가 단단히 붙지 않아, 가는 선이 현상할 때 들떠 떨어진다.

5단계: 다시 측정하고, 통과해야 릴리스한다

• 하는 일: 처음과 똑같이 오버레이, 선폭, 결함을 측정하고, 규격 안에 들어야 식각으로 넘어간다.
• 이유: 리워크도 잘못될 수 있으므로, 이번에는 정말 맞는지 확인해야 한다.
• 하지 않으면: 고쳤다고 여긴 채 잘못된 패턴이 그대로 새겨진다.

포토 공정 말고는 어떤 리워크가 있을까? 리워크할 수 없는 것은?

리워크에는 ‘마저 하는 것’도 포함된다. 식각이 도중에 멈췄다면 남은 두께를 측정하고, 덜 깎인 부분을 마저 깎는다. 이를 추가 식각이라고 한다. 세정 후 너무 오래 기다려 Q-time을 넘긴 경우, 어떤 것은 한 번 더 세정한 뒤 다음 공정으로 진행할 수 있다(‘Q-time이란?’ 참고).

하지만 되돌아갈 길이 없는 공정도 많다.

잘못된 곳	리워크할 수 있나	이유
포토 공정, 식각 전	대개 가능	패턴이 포토레지스트에만 있어서, 제거하면 원래대로 돌아간다
식각, 덜 깎임	마저 할 수 있을 때도 있음	남은 두께를 측정하고 그만큼 더 깎는다
식각, 너무 깎임	불가능	깎여 나간 재료는 되돌려 놓을 수 없다
이온 주입 오류	불가능	실리콘에 쏘아 넣은 원자는 골라낼 수 없다
산화막 성장	원래대로는 불가능	산화막은 웨이퍼 자체의 실리콘을 소모하며 자라, 두께의 절반 가까이가 웨이퍼 안으로 ‘먹어 들어간다’. 벗겨 내고 다시 키워도 소모된 실리콘은 돌아오지 않는다

리워크할 수 없는 것은 일단 멈추고 측정해 평가할 수밖에 없다. 아직 쓸 수 있으면 편차 승인서를 써서 그대로 진행하고, 쓸 수 없으면 스크랩한다. 이온 주입을 잘못하면 왜 되살릴 수 없는지는 ‘이온 주입이란?’을 참고하자.

리워크에는 어떤 대가가 따를까?

• 시간: 한 번 더 돌고, 몇 시간을 더 기다린다. 연구에서도 리워크가 팹 안에서 기다리는 로트를 늘리고, 리워크한 로트들이 완료되기까지의 시간도 함께 늘린다는 점이 지적되었다(‘웨이퍼 한 장 만드는 데 얼마나 걸릴까?’ 참고).
• 노광 장비: 리워크하는 웨이퍼는 노광 장비 일정을 한 번 더 잡아야 한다. 포토 공정은 팹 전체에서 가장 붐비는 구간인 경우가 많아서, 한 번 더 찍을 때마다 뒤에 있는 로트가 조금씩 더 기다린다.
• 웨이퍼 자체: 약액에 한 번 더 담기고, 로봇 팔에 한 번 더 옮겨진다. 포토레지스트 제거와 세정도 아래층에 전혀 영향이 없는 것은 아니다. 한 번의 영향은 아주 적지만, 횟수가 늘면 쌓인다. 세정을 반복할수록 실리콘의 품질이 더 영향을 받는다는 연구도 있다.

그래서 리워크는 골라서 한다. 정말 필요한 웨이퍼만 고른다. 같은 공정에서 계속 리워크가 필요하다면 그 앞의 무언가가, 예를 들어 핫플레이트 하나, 포토레지스트 한 병, 노광 장비 한 대가 제대로 관리되지 않고 있다는 뜻이다. 거슬러 올라가 진짜 원인을 찾아야 한다. ‘근본 원인 분석이란?’을 참고하자.

fab24hr에서는

‘출근’을 누르고 ‘직장인의 하루’를 고른 뒤, ‘오늘 나는’ 카드에서 ‘양산 팹’을 누르고 좌우로 넘겨 공정 엔지니어를 찾은 다음 이름 아래의 ‘포토’를 누르면 포토 공정 엔지니어가 된다. 네 근무 중 어느 근무를 하게 될지는 사이트를 연 시각에 따라 정해진다. 오후 근무의 이름이 바로 ‘리워크’다. 트랙(코터·디벨로퍼) TRK-01은 아침에 막 PM을 마쳤는데, 오후에 나온 2로트는 선폭이 한쪽은 넓고 한쪽은 좁다. 12장의 선폭 맵을 앞에 두고 리워크할 웨이퍼를 체크해 리워크 요청서를 보낸다. 리워크가 끝난 웨이퍼는 측정한 뒤에 내보낸다. 오전 근무에는 P-3A08 로트의 오버레이가 규격을 벗어났고, 다음 공정은 바로 식각이다. PIE의 야팅에게 답을 줘야 한다. 리워크할지, 그대로 진행할지다. 심야 근무에는 식각 장비가 멈출 수도 있다. 그러면 현상을 마친 로트 하나가 식각 앞에 줄을 서 있고, 기다릴 수 있는 시간도 거의 다 되어 간다. 막 잠든 공정 온콜을 깨울지, 아침에 포토 공정으로 돌려보내 리워크할지는 내가 정한다.

같은 팹의 식각 공정 엔지니어는 오후 근무 ‘시간에 쫓겨’(메인 스토리 ‘칩의 일생’ 챕터 8이기도 하다)에서 장비 앞에 가서 수동 추가 식각을 한 번 해야 한다. 7번째 웨이퍼만, 15초만이다. 마스크 엔지니어의 심야 근무에서는 헤이즈가 생긴 포토마스크를 일단 장비에 올리게 하면, 25장 중 5장을 리워크해야 한다.

게임 속 회사, 인물, 로트 번호, 장비와 숫자는 모두 가상이다. 리워크가 무엇인지, 어떻게 하는지, 포토 공정은 왜 다시 할 수 있는지는 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼으며, 실제 방법과 판단은 공장마다 다르다. 다른 전문 용어는 ‘반도체 공장 전문 용어, 쉬운 말로 풀이’에서 찾아볼 수 있다.