포토 구역은 왜 노란색일까?

팹 내부를 찍은 사진이나 영상을 보면, 한 구역 전체의 조명이 노란색이고 창문까지 노란 경우가 많다. 대만 업계에서는 이 구역을 말 그대로 ‘노란 빛 구역’ 또는 ‘노란 빛 방’이라 부르고, 그곳에서 일하는 사람을 ‘노란 빛 엔지니어’라 부른다. 노란색은 인테리어 취향이 아니다. 답은 이 구역에서 하는 일 속에 있다.

포토 구역이란? 무엇을 하는 곳인가?

칩의 회로는 한 층씩 ‘인쇄’해 만든다. 인쇄하는 방법을 포토리소그래피(photolithography)라 하며, 흔히 줄여서 포토 공정이라고 한다.

1. 웨이퍼에 포토레지스트(PR)를 얇게 한 겹 바른다. 빛을 받으면 성질이 바뀌는 재료다.
2. 노광 장비로 빛을 포토마스크에 통과시켜 웨이퍼에 비추면, 회로 패턴이 포토레지스트에 ‘새겨진다’.
3. 현상: 약액으로 빛을 받은 부분(포토레지스트 종류에 따라서는 빛을 받지 않은 부분)을 씻어 내면, 남은 포토레지스트가 곧 패턴이 된다.

이어서 식각이나 다른 공정이 이 패턴을 따라 아래층을 가공한다. 칩 하나를 만들려면 이 과정을 여러 번 되풀이해야 하며, 층마다 포토 공정이 먼저 패턴을 정의해야 한다.

왜 노란색인가: 포토레지스트는 청색광과 자외선에 반응한다

포토레지스트는 노광 장비의 빛에 반응하도록 설계된 재료다. 전통적인 노광에 쓰는 빛은 자외선과 자외선에 가까운 보라색·청색 빛이다. 교과서에 흔히 나오는 g-line(436nm, 청자색)과 i-line(365nm, 자외선)이 그렇고, 더 앞선 공정에서는 파장이 더 짧은 심자외선(DUV)을 쓴다.

문제는 보통의 백색 조명에도 청색광과 약간의 자외선이 들어 있다는 점이다. 포토 구역에 보통의 백색 조명을 켜 두면, 웨이퍼가 장비에서 나와 다음 공정을 기다리는 동안 포토레지스트가 실내 조명에 서서히 ‘감광’되어, 패턴을 찍기도 전에 성질이 변해 버린다.

그래서 포토 구역의 조명은 청색광과 그보다 파장이 짧은 빛을 걸러 낸 조명이다. 남은 빛은 노란색이나 호박색으로 보인다. 창문에 붙인 노란 필름도 같은 원리로, 바깥 백색광 속의 청색광과 자외선을 막는다.

한마디로: 포토 구역이 노란색인 것은 포토레지스트가 청색광과 자외선에 반응하고, 노란 빛에는 감광되지 않기 때문이다.

눈을 보호하기 위해서인가? 노란 조명은 눈에 해로운가?

아니다. 노란색은 포토레지스트를 위한 것이지 사람을 위한 것이 아니다. 오히려 한 가지 색의 빛 아래에서 오래 일하는 것은 사람에게 그다지 편하지 않다. 포토 구역과 인접 구역의 작업자를 비교한 한 대학 연구에서는, 포토 구역 작업자의 색 구별 능력이 더 떨어지고 눈도 더 쉽게 피로해졌다. 포토 구역에서는 모든 것이 노랗게 보여 빨간색, 주황색, 흰색을 구별하기 어려운 경우가 많다. 포토 구역에서 일하는 사람들이 흔히 꺼내는 일상 이야기이기도 하다.

그럼 아예 불을 끄면 되지 않나?

사람이 그 안에서 일해야 하기 때문이다. 장비를 살피고, 웨이퍼를 옮기고, 라벨을 읽고, 이상 상황을 처리해야 한다. 완전히 깜깜하면 너무 위험하고 일도 할 수 없다. 노란 조명은 절충안이다. 포토레지스트에는 거의 영향을 주지 않으면서 사람의 눈으로는 충분히 잘 보인다.

왜 빨간 조명은 쓰지 않을까? 빨간 빛도 포토레지스트에는 안전하지만, 사람의 눈은 빨간 빛에 덜 민감해서 같은 조명 출력이라도 훨씬 어둡게 보인다. 노란색과 호박색이 ‘포토레지스트에 안전하다’와 ‘사람이 잘 볼 수 있다’ 사이에 딱 맞는다.

모든 구역이 노란색인가?

아니다. 포토레지스트를 다루는 곳, 즉 도포, 노광, 현상 구간만 노란 조명이 필요하다. 팹의 다른 구역(식각, 박막, 세정, 계측)은 보통의 백색 조명을 쓴다. 그래서 클린룸 통로에서 바라보면 한 구역만 노랗게 보이는 경우가 많다.

노란 조명이라고 해서 설치만 하면 영원히 안전한 것도 아니다. 빛을 거르는 램프와 램프 커버는 노후되고, 조명을 잘못 고르면 자외선이 조금 새어 나올 수도 있다. 한 연구 기관이 포토레지스트 자체로 포토 구역의 조명을 시험한 실험에서는, 실제로 포토레지스트를 서서히 감광시키는 조명이 있었다. 웨이퍼가 포토 구역에 너무 오래 머무는 것 자체가 주의해야 할 문제인 이유도 여기에 있다.

포토는 잘못돼도 다시 할 수 있다

포토 공정에는 장점이 하나 있다. 잘못돼도 다른 어떤 공정보다 다시 하기 쉽다. 노광이 어긋났거나 오버레이가 규격을 벗어났어도 아직 식각에 들어가지 않았다면, 포토레지스트를 벗겨 내고 다시 바르고 다시 노광할 수 있다. 이를 리워크라 한다. 일단 식각에 들어가 재료가 깎여 나가면 되돌릴 수 없다. 그래서 포토 공정 바로 뒤의 계측은 라인 전체에서 가장 중요한 관문 가운데 하나인 경우가 많다.

fab24hr에서는

fab24hr의 양산 팹에서 포토 구역은 클린룸 왼쪽에 노란 바닥이 깔리고 커튼 두 장으로 둘러싸인 곳이다. 포토 엔지니어의 네 근무는 이렇다. 심야에는 뒤 공정의 식각 장비가 멈춰 어느 로트부터 세울지 정해야 하고, 트랙(코터·디벨로퍼) TRK-02의 포토레지스트 병도 거의 비어 있어 장비가 멈춘 김에 교체할지도 정해야 한다. 오전 근무에는 한 로트의 오버레이가 규격을 벗어나 리워크할지 그대로 진행할지 정한다. 오후 근무에는 TRK-01의 PM이 끝난 뒤 노광 후 베이크(PEB) 핫플레이트의 한쪽이 식어, 선폭이 한쪽은 넓고 한쪽은 좁게 나온다. 저녁 근무에는 포토마스크 위의 결함 하나가 모든 샷에 같은 점을 찍어 낸다. 게임 속 회사, 인물, 숫자는 모두 가상이다. 포토 공정이 무엇을 하는지, 왜 노란색인지는 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼다. 용어부터 보고 싶다면 ‘반도체 공장 전문 용어, 쉬운 말로 풀이’를 참고하면 된다.