반도체 웨이퍼 가공 공정

반도체 공정의 일종. 웨이퍼와 포토마스크를 받아서 웨이퍼에 찍어내는 과정이다. 전공정을 마치면 EDS로 보내서 검사를 하고, 불량품이 아니면 반도체 패키지 공정으로 보내게 된다.

• 참고: 한국과학기술정보연구원, <반도체장비>, 2007

분류

포토

이와 관련한 주제는 리소그래피에서 다룹니다.

포토마스크 기판에 그려진 회로 패턴을 웨이퍼 위에 전사하는 것. 흔히 포토 공정이라고 부른다. 반도체 공정의 꽃으로 불리고 있으며, 공정 미세화의 최일선에 있는 공정이다. 하나의 공정으로 불리지만, 실제로는 그 안에서 상당히 많은 과정을 거치게 된다. 포토 공정은 특이하게 노리끼리한 조명을 달고 있어서, 라인 안에서 길을 잃어버렸을때 좋은 이정표가 된다.

유명 장비회사로는 ASML이 있다. ASML은 독보적인 기술력으로 사실상 노광기 시장을 독점하고 있다.

증착

Deposition 웨이퍼 위로 매우 얇은 막을 얹는 기술. (박막형성) 형성된 막이 디바이스의 특성 및 신뢰성에 큰 영향을 주는 관계로 상당히 중요한 기술이다.

유명 장비회사로는 LAM research가 있다.

PVD

물리 기상 증착 (Physical Vapor Deposition)

PVD 법은 Sputtering(에너지를 가진 입자가 target 에 충돌해 원자가 방출되는 현상)과 같은 물리적 방법을 응용한 것이다.

CVD

화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition)

CVD 법은 화학적 반응을 이용하여 박막을 형성하는 것으로 온도와 압력등이 중요한 요소로 작용한다. 주로 Epitaxial 성장, 폴리실리콘 막, 금속간의 절연막을 형성할 때에 사용된다. 2015년 현재 PVD보다 CVD가 주로 쓰인다.

ALD

원자층 증착 (Atomic Layer Deposition)

핀란드에서 개발된 기술. 십수년 전까지만 해도 이론상의 기술이었지만, CVD로는 더 이상의 공정 미세화를 견딜 수 없어 결국 현업에 적용된 기술이다. 다만 싱글 타입이지만 금방 끝나는 PVD, 배치 타입으로 백수십장이 한번에 돌아가는 CVD와 달리 싱글 타입에 공정 시간도 길어 쓰루풋이 개떡같은 관계로 그 적용 범위는 제한적이다.

확산

실리콘 웨이퍼에 불순물 원자를 도핑하고 원하는 만큼 불순물을 이동시키는 공정. 산화막 공정, 열처리 공정으로 나뉜다.

첫째는 산화공정으로서 산화막(SiO2)을 형성하는 공정으로 이 산화막은 절연막의 역할을 한다. 둘째는 확산공정으로서 불순물 원자를 열적으로 확산시켜 PN 접합을 형성하는 데 이용된다.

이온 주입

Ion implantation

웨이퍼에 원하는 전기적 특성을 만들어 주기 위해 불순물을 주입하는 공정. 과거에는 열로 확산하는 방법을 사용하였으나, 2007년 현재는 이온 주입법을 많이 사용하고 있다. 이온 주입법은 원하는 불순물을 가스상태로 만든 후 이온을 빼내어 가속화시켜 웨이퍼 기판에 주입한다. 이온주입기(Ion Implanter)는 고도의 기술이라 수입해서 쓴다.

식각

Etch

노광으로 새겨진 회로 패턴 또는 증착 공정으로 얹어진 박막을 화학적 혹은 물리적 반응을 통해 깎아내는 공정. 건식(Dry)이 주류이며, 다음과 같이 분류할 수 있다.

1. 실리콘 웨이퍼 식각 장비
   1. 폴리실리콘 식각, Silicon dioxide 식각, 금속 식각
2. Etch Back (에치백): 포토 공정 없이도 증착 막질의 식각 선택비 차이를 활용해 원하는 형태의 패턴을 형성할 수 있는 공정 장비다. 아주 미세한 패턴을 구현하긴 어렵지만 생산성이 높은 것이 장점이다.

유명 장비회사로는 LAM research가 있다.

세정

Strip & Clean

말 그대로 웨이퍼 표면 위에 남아있는 산화물 찌꺼기나 파티클을 정화하는 공정으로 회로 선폭이 미세화되어 고집적화 될수록 중요성이 커지고 있는 공정이다. 위에서 살펴본 각 공정 사이에는 세정 공정이 필요하다. 특히 웨이퍼 표면에 약품을 치덕치덕 바르는 포토 공정에는 반드시 세정이 뒤따라야 다른 공정이 정상적으로 진행될 수 있다. 따라서 반도체 공정에서 상당히 큰 비중을 차지하고 있는 공정이다.

세정 방법으로는 크게 두 가지가 사용된다. 첫번째 방법은 화학 약품(케미칼)으로 세정하는 Wet 세정방법과 반응성가스 내지 플라즈마를 이용하여 표면의 오염을 세정하는 Dry 세정방법이 있다. 2007년 현재 주로 쓰이고 있는 세정방법은 Wet 세정방법으로 Dry 방법보다 오염물 및 파티클 제거 능력이 우수하기 때문에 보편적으로 사용되었다. 하지만 2010년대에는 세정 후의 폐수처리등 환경 문제점과 그놈의 공정 미세화, 원가 문제로 건식/증기식을 주로 사용하고 있다.

유명 장비회사로는 LAM research가 있다.

화학적 기계적 연마 (CMP)

Chemical & Mechanical Polishing/Planarization

웨이퍼 표면을 패드에 압착하고 이 사이로 산화물 혹은 금속 계열 연마제인 슬러리(Slurry, 고체 액체 혼합물)를 흘려준 뒤 패드를 고속 회전시키는 화학적·기계적 연마를 통해 산화 절연막이나 금속 배선을 평탄화하는 공정이다. 이놈들, 어디에다 대고 신성한 우리 웨이퍼에 뻬빠질이야? 반도체 공정 중에 가장 최근에 개발되었으며 가장 무식한 공정이지만, 보통 CMP 다음 공정이 포토나 데포지션인 관계로 공정 미세화에 필수적이다.

유명 장비회사로는 Applied Materials가 있다.