파운드리 공정 엔지니어 업무

 파운드리 공정 엔지니어 업무

 공정 엔지니어라고 하면 범위가 상당히 넓습니다. 제품을 담당 엔지니어 , FIN/PC/SD/RPG/MOL 등 module을 담당하는 엔지니어, 단위 기술 공정 엔지니어, Defect 등을 담당하는 엔지니어 등 조직이 다양하게 이루어져 있습니다.  저번에 말씀드린 것처럼 8대 공정이 있고 각 공정별로 특징이 다릅니다. 저는 CVD 엔지니어로써 CVD 관점으로 설명을 드리는 점 참고 부탁드립니다.  

 

  1. 수율 관리

 수율이라 함은 투입된 양 대비 제조되어 나온 양의 비율을 말합니다. 300mm Wafer 위에 계획된 Chip 이 1000개라고 가정 시 950개의 Chip 이 정상 동작이 된다고 하면 수율은 95%가 됩니다. 계획되어 있는 Chip 은 Node (8nm / 10nm / 14nm / 28nm / 32nm / 45nm / 65nm ) 및 제품에 따라 차이가 많이 납니다. 

수율 예시 (출처 삼성 반도체 뉴스룸)

  킹크랩의 수율만 봐도 얼마나 중요한 지 알 수 있습니다...

킹크랩 살 수율 (출처 인어교주해적단)

 

 1) Particle 관리 및 개선

 Particle 은 수율에 가장 크게 작용하는 요소 중 하나입니다. 반도체는 말 그대로 초 미세 공정인데 저러한 Particle 이 발생을 하면 후속 공정 진행 시 Etch 가 안되거나 CMP 진행 하면서 Scratch 를 유발하거나 Gap fill 이 제대로 안 되는 등 여러 문제가 발생 하게 됩니다.

Particle 예시

허접한 그림 실력으로 그려서 예를 들어보면 아래와 같습니다. Harp Mask Film 이 문제가 없을 경우 Etch 진행을 하면 아무 문제 없이 Etch 가 되고 Pattern 형성이 되지만 Particle 이 있는 영역은 Particle이 Etch를 blocking 하여서 Pattern 형성이 제대로 안 되는 것입니다.

Particle 불량 예시

 

 이러한 Particle 이 발생하는 원인은 다양 합니다. 앞서 설비 편에서 말한 H/W 적인 문제점이 있을 수도 있고 공정 조건이 Margin이 충분치 않아 발생하는 경우도 있습니다. 공정 엔지니어는 우선 안정적이고 Particle free 한 조건의 공정 조건 확보를 우선시 하고 H/W 적인 관점에서 문제 발생 가능성에 대해서도 설비 엔지니어와 함께 Trace 합니다.

 

 2) Thickness 및 Film 특성 관리

 CVD film 의 경우 Hard Mask 막질 , Gap-fill  등 여러 가지 용도로 사용 되는데 Thickness 가 중요한 요소 중 하나입니다. 또 다시 허접한 그림으로 예시를 들면 아래 처럼 Hard Mask Film 이 얇으면 Etch 진행 시 Masking이 충분히 안 되어서 원하는 것보다 더 깊게 Etch가 되기도 합니다. Wafer 1장이 Fab에 들어와서 공정을 진행 후 Chip 으로 나오기 까지 8대 공정이 수십, 수백번씩 진행 되는데 1개 step 이라도 문제가 발생하면 수율이 불량해지는 경우가 발생하는 것입니다.

Thickness 불량 예시

 

 2. 생산 관리

 파운드리의 경우 흔히들 다품종 소량생산 이라고 합니다. 물론 Apple 처럼 엄청난 물량을 계약해서 소품종 대량 생산을 하는 경우도 있지만 보통의 경우는 다품종 소량생산 입니다. 최근에 지어진 화성 , 평택 사업장의 경우 최신 node 위주로 생산을 하고 있지만 기흥 사업장의 경우 흔히들 말하는 Legacy 제품부터 8nm 제품까지 상당히 다양한 제품을 생산 합니다. 각 제품 별로 공정 조건이 다르고 관리하는 항목이 다르다 보니 각각의 맞는 관리가 필요 합니다. 

 

 동일한 설비에서 동일한 조건을 진행한다고 Thickness 가 항상 똑같은 값이 나오지 않습니다. Wafer 를 진행하는 만큼 Chamber 및 배관, Parts 의 condition 등이 달라지기 때문입니다. 오래전 얘기지만.. 제가 군대에서 박격포 보직 이었는데.. 한번 발사하면 포신 안에 gas 가 차고 하면서 동일한 각도와 장약으로 발사한다 하더라도 초탄과 후속탄의 차이가 나는 것처럼.. 그렇기 때문에 Thickness 계측되는 Trend 를 monitoring 하면서 불량이 발생하는 경우 설비를 조치하여 정상 수준으로 만드는 작업을 한 후 다시 생산될 수 있도록 합니다.

 

아래는 한 예로 Thickness 가 95Å Target 에 +- 5Å 을 관리할 경우 100 이상 타점, 90 이하의 타점이 발생하면 설비가 system 적으로 Hold 되게 됩니다. 공정 엔지니어는 이러한 것을 보게 되면 원인 분석을 하고 (설비 이상 , 계측 영향성, 제품 영향성 등) 그에 맞는 조치를 취한 후 설비를 다시 가용하는 것입니다. 실제로는 설비 대수도 많고 많은 타점이 있고 회사 내 시스템이 따로 있습니다. 하기는 예시를 위해서 excel로 그려 보았습니다.

 

Thickness Trend 예시

 정말 간략하게 공정 엔지니어 업무에 대해서 다뤄 보았습니다. 하나씩 깊게 파고 들어가면 할 말이 많지만.. 나름 최대한 간략하게 예를 들어 보았습니다. 다음에 기회가 되면 조금 더 자세히 다뤄보도록 하겠습니다.

 

감사합니다!