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