전공정은 Diffustion(확산), Thin film(박막), Photo(노광), Etch(식각), CMP&Cleaning(CMP&세정)의 5가지 공정을 수백 차례 반복하며 미세회로를 웨이퍼 위에 쌓아 올려 구현한다. 이렇게 쌓아 올리기에 집적회로라고도 한다.


Diffusion
공정은 약자 D/F라고 쓰기도 하며,. 한자로는 확산(넓힐 확, 흩을 산)을 써서 사전적 의미로
1. 흩어져 널리 퍼짐
2. 서로 농도가 다른 물질이 혼합될 때 시간이 지나면서 차츰 같은 농도가 되는 현상.'퍼짐'의 순화라고 기재되어 있다.

마치 물이 담겨져 있는 컵에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 시간이 지남에 따라 잉크가 퍼져 나가 섞이면서 물 전체가 균일한 색을 나타내게 되는 현상으로 확산(Diffusion)을 설명할 수 있다.

이러한 원리와 이치를 반도체 공정에 적용한 것을 확산공정(Diffusion Process)라고 보면 된다. 이러한 원리는 물에서 보다는 공기 중에서 확산 속도가 빠르고, 공기보다는 진공 속에서 확산 속도가 빠르며 또한 물질이 퍼져 나가는 속도, 즉 확산 속도는 분자의 무게가 가벼울수록, 온도가 높을 수록 빠르다. 그래서 확산공정은 온도(Temperature), 진공(Vacuum), 불순물로 사용되는 가스(Gas) 이렇게 3요소의 관리가 관건이다.


도자기 만들어 보셨나요? 확산 공정은 도자기를 만드는 원리와 같아요~

도자기가 어떻게 만들어지는지 안다면 Diffusion Process를 이해하기 매우 쉽다. 도자기는 흙으로 빚어서 모양을 만들고 초벌구이를 하고 문양을 새겨 넣거나 그려 넣고 유약을 바른 후 다시 재벌구이를 한다. 그리고 장인의 손을 거쳐 마음에 들지 않는 제품은 깨버리고 원하는 작품이 나오면 예술품으로 인정받게 된다.
바로 이런 도자기를 만드는 과정과정이 바로 Diffusion 공정과 매우 유사하다.

디퓨전(Diffusion)은 크게 2 파트로 나뉜다.

하나는 퍼니스(Furnace)이고 다른 하나의 파트는 임플란터(Implanter)이다.
먼저 Furnace에 대해 알아보면 사전에 노', 난방로, 용광로, 몹시 더운 곳'을 뜻하며 간단하게 화로라고 생각하면 된다.
약 1300도의 가마(챔버 또는 튜브, Chamber or Tube)에 도자기(웨이퍼)를 놓고 초벌구이를 한다.
초벌구이를 마친 도자기는 그림이나 문양을 새겨(이온주입, Implant)넣는다. 그리고 유약을 바른다. 유약(반도체 공정가스)에 따라 청자(CVD, 증착 공정), 백자(Oxidation,산화막 공정) 등등 다른 색과 성격을 띄게 된다.
그리고 재벌구이(BPSG공정, Anneal공정 등등..)를 위해 가마에 도자기를 다시 넣고 굽게 된다.
이때 가마의 온도에 따라 더 탄화가 되기도 하고 덜 탄화가 되어 유약의 색농도가 변하게 된다. 웨이퍼도 마찬가지다. 그래서 근속년수가 오래된 아주 노련한 직원은 웨이퍼의 색깔만 보아도 웨이퍼에 증착된 두께를 알 수 있다.
(증착: 가스의 화학반응으로 전도체 또는 절연막을 만드는 과정)

Furnace 공정을 단 두가지로 나누어 보면 파이로(Pyro:불)공정과 증착(Deposition)으로 나눌 수 있으며, Pyro공정은 수소가스와 산소가스가 결합할 때 불꽃반응을 이용해 웨이퍼에 산화막(Oxide)를 만드는 과정이다. Furnace 공정의 특이한 점은 한 번 진행에 100장~150장 정도를 한꺼번에 진행한다. 가마에 도자기를 하나만 넣지 않고 수백 개, 수천 개를 넣고 구워내듯 말이다.

그리고 Implanter 공정이 있다. 정식 명칭은 이온주입(Ion Implanter)이며, 사전적 의미로 "꽂아 넣다, 심다 뿌리다, 주입하다"의 의미를 가지고 있다. 사전의 의미대로 이온불순물을 웨이퍼에 주입하는 공정이다.
4기 원소인 실리콘(규소, Silicon) 웨이퍼에 3가 원소(붕소, Boron)또는 5가(인, Phosphorus)불순물을 주입함으로써 완전한 반도체가 되는 것이다.

중요한 것은 어떤 종류의 이온을, 얼만큼 깊이, 얼마만큼의 이온 양을 주입할 것인가 이다. 이러한 요소가 중요한 이유는 반도체 회로를 구현했을 때 동작속도와 전력 소모량 등 회로의 특성이 좌우되며 관련이 깊기 때문이다.


도자기의 비밀 = 반도체의 비밀

도자기에 장인의 낙관을 새기거나 도자기 하단부에 고유번호 또는 작품범호를 새겨 넣기도 한다. 이렇게 장인의 손을 거친 작품의 진위를 판별하고 표시하듯 반도체제품에도 고유이름을 부여해 준다.
실리콘 웨이퍼가 들어오면 웨이퍼에 이름을 적어주게 되고, 레이저를 이용해 웨이퍼 하단부위에 이름을 적어준다.
200mm웨이퍼의 경우 플랫 존(Flat Zone)에 300mm 웨이퍼의 경우 노치(Notch) 부근에 고유 이름(Run Number)을 적어 준다.이러한 공정을 레이저 마킹(Lazer Marking)이라고 하는데 이 공정 또한 Diffusionb에서 관할하고 있다.
그리고 전공정의 거의 제일 마지막 스텝도 Diffusion에서 관할하고 있어서 반도체 Fab에서 처음과 마지막 스텝까지 진행하고 있다고 해도 과언이 아니다.

장인의 손길을 거쳐 흙이 도자기 예술품으로 거듭나듯

장인은 하나의 예술 작품을 만들기 위해 몇날 며칠의 고생을 마다하지 않는다. 장인의 손을 거쳐 열정과 노력으로 만들어진 도자기는 또다시 도자기를 굽는 가마에 들어가 1300도에 이르는 고온을 견뎌내어야만 더 가볍고, 더 단단하며 아름다움 빛이 도는 진정한 예술작품이 될 수 있다. 그리고 냉정한 판단력으로 정말 좋은 작품을 엄선한다.

반도체에서도 제조공정에서도 수율에 문제가 되거나 작은 결점이라도 있다면 부숴버린다. 라인에서는 Reject 또는 Scrape 처리를 한다고 한다. 그래서 수율과 생산량이 제조에서 중요한 이유가 여기에 있다.

Diffusion 공정은 반도체 회로가 더 미세화되고 발전해감에 따라 독성가스를 더 많이 사용하고 독성도 더 독해지고 있다.

Part1. 소프트웨어 테스팅의 기초

1.1 소프트웨어 테스팅이 왜 필요한가?

1.1.1. 소프트웨어 시스템 관점에서의 테스팅의 필요성

1.1.2. 소프트웨어 결함의 원인

1.1.3. 소프트웨어의 개발, 유지보수, 운영 시 테스팅의 역할

1.1.4. 테스팅과 품질

1.1.5. 테스팅. 얼마나 해야 충분한가?

1.2. 테스트팅이란 무엇인가?

1.3. 테스팅의 일반적인 원리

1.4. 테스트 프로세스의 기초
      1.4.1. 테스트 계획과 제어(통제)
      1.4.2. 테스트 분석과 설계

1.4.3. 테스트 구현과 실행

1.4.4. 테스트 완료 조건과 리포팅

1.4.5. 테스트 마감 활동

1.5. 테스팅의 심리학

1.6. 소프트웨어 테스팅을 제약하는 요소

1.7. 테스팅 분야의 매력

1.8. 테스트 전문가

Part2. 소프트웨어 수명주기와 테스팅

2.1. 소프트웨어 개발 모델

2.1.1. V-모델(순차적 개발 모델)

2.1.2. 반복적-점증적 개발 모델

2.1.3. 개발 수명주기 모델에서의 테스팅

2.2. 테스트 레벨

2.2.1. 컴포넌트 테스팅

2.2.2. 통합 테스팅

2.2.3. 시스템 테스팅

2.2.4. 인수 테스팅

2.3. 테스트 유형

2.3.1. 기능 테스팅

2.3.2. 비기능 테스팅

2.3.3. 구조적 테스팅

2.3.4. 확인(재)/리그레션 테스팅

2.4. 유지보수 테스팅

Part3. 정적 기법

3.1. 정적 기법과 테스트 프로세스

3.1.1. 리뷰의 이점과 목적

3.1.2. 리뷰와 테스팅

3.2. 리뷰 프로세스

3.2.1. 공식적 리뷰의 단계

3.2.2. 역할과 정의

3.2.3. 리뷰의 유형
3.2.4. 리뷰의 성공요소

3.3. 도구에 의한 정적 분석

Part4. 테스트 설계 기법
4.1. 테스트 설계 및 구현 프로세스

4.2. 테스트 설계 기법의 종류

4.3. 기본 설계 기법

4.3.1. 명세 기반 기법

4.3.2. 구조 기반 기법

4.3.3. 경험 기반 기법

4.4. 고급 설계 기법

4.4.1. 명세 기반 기법

4.4.2. 구조 기반 기법

4.4.3. 경험 기반 기법

4.5. 테스트 기법의 선택

4.6. 소프트웨어 특성에 따른 테스팅

Part5. 테스트 관리

5.1. 테스트 조직

5.1.1. 테스트 조직과 독립성

5.1.2. 테스트 리더와 테스터의 임무

5.2. 테스트 계획과 추정

5.2.1. 테스트 계획

5.2.2. 테스트 계획 활동 내용

5.2.3. 완료 조건

5.2.4. 테스트 추정

5.2.5. 테스트 접근법, 전략

5.3. 모니터링과 제어

5.3.1. 테스트 경과 모니터링

5.3.2. 테스트 리포팅

5.3.3. 테스트 제어

5.3.4. 테스트 완료

5.4. 형상 관리

5.5. 리스크와 테스팅

5.5.1. 프로젝트 리스크

5.5.2. 제품 리스크

5.6. 인시던트 관리

5.7. 테스트 프로세스 평가

Part6. 테스트 지원 도구

6.1. 테스트 도구의 종류

6.1.1. 테스트 도구의 분류

6.1.2. 테스트 관리 지원 도구

6.1.3. 정적 테스팅 지원 도구

6.1.4. 테스트 설계 지원 도구

6.1.5. 테스트 실행 및 로깅 지원 도구

6.1.6. 성능과 모니터링 도구

6.1.7. 특정 어플리케이션 영역을 위한 도구

6.1.8. 테스팅 도구 이외의 다른 도구

6.1.9. 상용 도구와 오픈 소스 도구

6.2. 도구의 효과적인 사용 : 잠재 가치와 위험

6.2.1. 테스팅(도구)도입의 잠재 이익과 위험

6.2.2. 도구 유형별 고려 사항

6.3. 도구 도입 및 배포

6.3.1. 도구 선택 및 도입

6.3.2. 파일럿 프로젝트 적용

6.3.3. 테스트 자동화

6.3.4. 도구의 배포

6.3.5. 도구 도입 절차

6.4. 도구 도입의 성과

2013년 9월에 ISTQB Foundation 자격에 도전한다.

이를 위해서 위의 목차로 이루어진 개발자도 알아야할 소프트웨어 테스팅 실무를 5회 읽고 시험에 응시하고자한다.

웨이퍼 제조 및 가공 공정

웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시킨 뒤, 이미 만든 마스크를 이용해 특정 부분을 선택적으로 깎아 내는 작업을 되풀이함으로써 전자회로를 구성해 나가는 전체 과정을 말한다. 줄여서 FAB이라고 한다.
웨이퍼에 회로 패턴을 형성하기 위해 확산, 감광 증착, 식각, 임플란트, 평탄화 등의 공정이 반복된다.
이런 공정들은 여러 번 반복되는 과정에서 순서가 바뀌기도 하고, 반복하는 횟수도 다르다.

◆ 확산 공정 (Diffusion)
섭씨 800~1200도 이상의 고온에서 웨이퍼를 가열해 균일한 산화막(SiO2)을 형성한다. 이때 형성된 산화막은 반도체 내부 소자를 분리하는 역할을 하게 된다.
공정은 챔버(공정이 이루어지는 공간, 진공 상태, 열, 가스 등 공정에 필요한 조건을 갖추고 있다.)라는 공간에서 이루어진다.
세정은 공정 각 단계마다 D.I. 워터(이온이 들어 있지 않은 물이란 뜻으로 불순물을 제거시킨 순수한 물)로 웨이퍼를 씻어내고 건조시킨 뒤 다음 공정으로 넘어간다.

◆ 감광 증착 공정 (Photo Resist)
마스크 위에 그려져 있는 모양을 웨이퍼 위로 옮기는 과정이다. 그 결과, PR이란 물질로 이루어진 패턴이 웨이퍼에 남게된다.
1) 마스크 제작 : 설계된 전자회로를 각 층별로 나누어 유리 마스크에 그린다. 이것으로 웨이퍼의 모양을 만든다.

2) 감광액 도포 (PR : Photo Resist) : 빛에 민감한 감광제 PR을 웨이퍼 표면에 고르게 바른다.
3) 노광 (Exposure) : 마스크를 통하여 빛을 선택적으로 투과시킴으로써 특정 모양의 회로 패턴이 웨이퍼 위에 찍힌다.
4) 현상 (Development) : 웨이퍼 표면에서 빛을 받은 부분의 패턴막을 현상한다. (필름 사진 현상 방법과 같다.)
5) 감광제 제거(PR Strip) : 포토 공정에서 사용한 감광제를 황산이나 유기용제 등을 이용해 제거한다.

◆ 식각 공정 (Etch)
식각에는 건식 또는 습식 식각이 있다.
1) 건식 식각 (Dry-etch): 회로 패턴을 형성하기 위해 가스를 이용해 불필요한 박막을 깎아낸다.
2) 습식 식각 (Wet-etch) : 쌓아 놓은 박막을 화학약품으로 제거한다.

◆ 식각 점검 공정 (Inspection)
식각 공정에서 형성된 패턴은 다음 공정으로 넘어가기 전에 현미경으로 정상 여부를 확인한다.
다른 공정에서 생긴 불량은 지우고 다시 하면 되지만 식각에서 생긴 불량은 웨이퍼를 버리게 된다. 색과 모양을 보고 불량을 선별한다.

◆ 증착공정 (CVD)
여러 가스들의 화학반응으로 만든 입자를 증착시켜 웨이퍼 표면에 절연막이나 전도성막을 형성시킨다. 이로써 전기적 특징을 가지게 되고, 전극으로도 사용된다. LP-CVD와 PE-CVD로 두 가지 방식이 있다.
1) PE-CVD (Plasma Enhanced CVD)는 챔버 내에 증착을 돕는 플라즈마를 형성시켜 반응을 원활하게 한 뒤 박막을 형성하는 방법
2) LP-CVD (Low Pressure CVD)는 진공상태에서 증착시켜 박막을 형성하는 방법

◆ 임플란트 공정 (Implant)
인과 붕소 등의 이온을 주입하면 부도체였던 웨이퍼가 반도체가 된다.
각 공정이 끝나면, 반드시 세정
공정 단계마다 생기는 오염을 제거하기 위해 세정을 하는데 습식 식각은 점차 이 세정 안에 포함돼 이루어진다.
포토 찍고, 에치 하고, 에치 하고, 폴리 올리고, 박막 채워 가면서, 마이크로 단위의 아파트에 전기가 통하는 길이 형성되는 것이다.

◆ 평탄화 공정 (CMP)
웨이퍼 표면에 여러 층의 막을 형성하면서 튀어나오게 된 부분을 제거하는 과정
전기가 통하는 길이 울퉁불퉁하면 잘 통하지 않는다. 고속도로도 평탄해야지 차가 잘 가듯 이것도 마찬가지다.

◆ 금속 배선 공정 (Metal)
웨이퍼 표면에 알루미늄 원자를 부착시켜 회로를 연결한다.

◆ 백랩 공정 (Back-lap)

웨이퍼 뒷면을 연마하여 웨이퍼 두께를 얇게 만든다.

하나의 반도체 칩이 완성되기까지 각 공정을 300번까지 거치기도 한다.

웨이퍼 가공 이후 최종 IC 칩이 되기까지는 다음과 같다.
1) 웨이퍼 절단(Sawing) - 웨이퍼 상의 수많은 칩들을 분리하기 위해 다이아몬드 톱을 사용하여 웨이퍼를 자르는 공정
2) 금선 연결 (Wire Bonding) - 칩 내부의 외부 연결단자와 리드프레임을 가는 금선으로 연결해 주는 공정
3) 조립 (Packaging) - 각각으로 잘려 리드프레임과 결합된 칩을 완제품으로 조립하는 과정
4) 검사 (Test) - 성형된 칩의 전기적 특성 및 기능을 컴퓨터로 최종 검사하는 공정. 최종 합격된 제품들은 제품명과 회사명을 적은 뒤 입고 검사를 거쳐 최종 소비자에게 판매


반도체 공정 용어

◇ 공기 CTPL         : 팹공정 시작부터 끝날 때까지 걸리는 시간. 30일이 걸릴 경우 CTPL3.0으로 기록
◇ 그레이트 Grate   : 공기를 아래로 흐르게 하기 위해 구멍을 송송 뚫어 놓은 철판 바닥
◇ 넥 Neck             : 다음 공정으로 가기 전 대기 상태로 런이 머물러 있는 것
◇ 데이 day            : 오전 근무, 오전6시~오후2시
◇ 디아이워터 D.I. Water : 이온이 들어 있지 않은 물, 불순물을 제거시킨 순수한 물
◇ 디퓨전 공정 Diffusion  : 확산공정, 고온에서 웨이퍼를 가열해 산화막을 형성시키는 공정
◇ 라인 Line          : 베이와 베이가 묶여 있는 클린 룸을 통틀어 일컫는 말
◇ 랏 Lot               : 웨이퍼의 한 묶음

◇ 런 Run              : 웨이퍼 25장을 1묶음으로 구성해 놓은 것

◇ 무빙 Moving      : 교대근무 조별 웨이퍼 생산량 지수

◇ 백랩공정 Back-lap : 웨이퍼 뒷면을 연마해 웨이퍼 두께를 얇게 만드는 과정

◇ 베이 Bay           : 여사원인 오퍼레이터들이 일하는 작업 공간으로 하나의 공정을 진행하기 위한 작은 방

◇ 서비스에어리어 Service Area : 엔지니어가 일하는 작업 공간으로 설비 뒤쪽을 말하며, 설비의 보수나 수리를 하는 공간

◇ 수율 Yield       : 투입한 웨이퍼 수 대비 완제품으로 생산된 웨이퍼 수, 불량률의 반대말
◇ 스막 Smock     : 방진복으로 갈아입는 탈의실

◇ 스윙 Swing     : 오후근무, 오후2시~오후10시
◇ 스펙 Spec.     : 작업표준, 제품 사양

◇ 슬러리액 Slurry : 고체와 액체의 혼합물, 웨이퍼 표면 연마제로 사용한다.

◇ 시비디 공정 CVD : 증착 공정, 여러 가스를 화학반응 시켜 웨이퍼 표면에 전기가 흐를 수 있는 막을 형성하는 과정
◇ 시엠피 공정 CMP : 평탄화 공정, 웨이퍼 표면에 불필요하게 튀어나온 부분을 제거하는 과정

◇ 에어샤워 Air Shower : 라인에 들어가 전에 옷이나 물건에 붙어 있는 먼지를 공기로 떼어내는 일
◇ 에치 공정 Etch    : 식각 공정, 가스나 화학약품을 이용해 웨이퍼에 쌓인 박막을 깎아내는 과정

◇ 웨이퍼 Wafer      : 반도체를 만들기 위한 둥그런 판

◇ 인터락 Interlock  : 비상 안전 장치
◇ 작업로스           : 작업이 지연되는 시간
◇ 지와이 G.Y.       : 밤근무, 오후10시~오전6시
◇ 챔버 Chamber    : 공정이 이루어지는 공간, 진공상태, 열, 가스 등 공정에 필요한 조건을 갖추고 있다.
◇ 칩 Chip             : 가공된 전자회로가 들어 있는 반도체 조각
◇ 클래스 Class    : 클린룸 안의 청정도를 측정하는 기준
가로* 세로 * 높이가 30cm인 정육면ㅊ체 안에 먼지가 하나 있는 것을 클래스 1이라 한다.
◇ 클린룸 Clean Room : 반도체 생산 공장
◇ 파티클 Particles : 입자 조각, 먼지 입자
◇ 팹 공정 Fabrication : 웨이퍼 표면에 막을 형성시키고 특정 부분을 선택적으로 깎아 내면서 전자회로를 구성해가는 과정
◇ 포토 공정 Photo Resist, PR : 마스크 위에 그려진 모양을 웨이퍼 위로 옮기는 공정
◇ 플레늄 Plenum : 공정설비에 필요한 부대 설비를 배치한 곳이자 공의 순환을 위한 공간
◇ 하트랏 : 팹 공정 시작에서 끝까지 열흘이 걸리는 랏
◇ 흄 Fume : 웨이퍼를 만들기 위해 사용한 화학약품과 가스가 공정이 끝난 뒤에 서로 결합해서 생성되는 부산물
◇ PM 업무 : 설비 유지, 보수 업무

 출처 : 먼지없는 방(삼성반도체 공장의 비밀), 김성희 만화, 보리출판사

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