반도체 공정 [2] 반도체 공정의 기초 (1) cleanroom, 공정 설비

2025.02.09 - [반도체 공부/반도체 공정] - 반도체 공정 [1] 반도체 공정의 개요

반도체 공정 [1] 반도체 공정의 개요

 

 이전 글에서는 반도체의 8대 공정, 전공정과 후공정, Wafer에 대한 간단한 개념을 다루었다.

 

 

클린룸(CleanRoom)

 

 반도체 장비는 매우 작은 먼지나 입자에도 성능이 크게 떨어질 수 있기 때문에, 굉장히 깨끗하고 청정한 공간에서 제작이 이루어진다. 이 공간은 온도, 습도, 먼지, 공조 등이 정밀하게 제어되고, 사람으로부터 발생하는 오염을 줄이기 위해 방진복을 입어 눈 이외의 모든 부위를 가린채 제작을 진행한다. 이러한 오염을 제어하는 공간을 클린룸이라고 한다.

 

 이러한 클린룸도 수준에 따라 정도가 나뉘는데 이 정도를 class(클래스)라고 한다. Ft^3 당 0.5 마이크로미터 이상의 입자의 수를 기준으로 하며, 클래스가 낮을수록 파티클이 적다는 것을 의미한다. 낮은 클래스를 유지하기 위해서는 외부 공기의 파티클이나 불순물을 제거하고 클린룸에 공급해야하는데, 이를 위해서 고성능의 필터를 사용해 내부에서도 필터를 통해 파티클을 제거하고 있으며 내부에서도 공기가 위에서 아래로 순환되도록 관리해 파이클이 부유하지 않도록 한다. 이를 위해 바닥 타일에 구멍을 뚫어 공기의 순환을 돕는다.

 

 번외로, 노란 조명을 쓰는 옐로우룸(Yellow Room)이 존재한다. 포토 공정의 경우, 빛을 이용한 에너지를 사용하기 때문에 공정에 영향을 주지 않는 노란 조명을 사용해 공정을 진행한다.

 

 공정설비

 

 공정 설비의 기준이 되는 챔버(Chamber)는 진공, 열, 가스 등 필요한 파라미터를 제어할 수 있는 공간이다. 챔버 안에서 주로 공정이 진행되며 진공 상태에서 목적에 맞게 관련 파라미터를 조절하여 원하는 공정을 하게 된다. 열역학적으로 Chamber는 Closed sys로, 온도, 압력 등을 제어하고 있다. 학교 연구실 수준에서 챔버를 단독으로 많이 사용하지만, 양산 설비에는 챔버를 여러개 달아 생산성을 높인 cluster 형태의 chamber를 활용한다.

 

 

 웨이퍼가 설비에 로딩이 되면, 트렌스퍼 모듈(TM, Transfer Module)로 이동되고 이후 목적에 맞는 챔버에 들어가는 순서로 진행된다. TM에 달린 챔버는 공정 목적에 따라 모두 동일한 챔버가 달릴 수도, 혹은 각기 다른 챔버를 연결해 in-situ 공정을 진행 할 수도 있다.  주로 CVD, PVD, ALD 등의 deposition 공정, Dry Etch 공정이 이러한 형태의 Cluster Tool을 사용한다.

 

 

 공장 설비는 공정이 진행되는 조건과 상황에 적합한 온도, 압력, 진공도 등의 파라미터 역할 뿐 아니라, 기계적인 웨이퍼의 이동 및 고정의 역할도 해야한다. 예를 들면 웨이퍼를 설비에 제대로 끼우는 로봇팔의 역할이나 열을 전달하는 역할도 해야한다. Cluck의 경우 웨이퍼와 직접적으로 닿아있어 공정 중 웨이퍼의 온도를 전도의 방식을 통해 직접 조절할수 있으며 내부에 냉각수나 액체 질소를 흘려 공정 온도를 낮게 컨트롤 할 수 있다.

 

 Chamber(챔버)를 중심으로 MFC(Mass Flow Controller)나 Scrubbler(스크러버) 등도 존재한다.

 MFC는 설비 내로 유입되는 가스의 양을 정확히 측정하여 공정 조건을 조절하는 장치로, 기체의 양을 측정하는 장치이기 때문에 측정값을 기준으로 유입량을 늘리거나 줄여 가스의 양을 조절한다. 원리는 MFC를 통가한 유입 가스가 전열선에 의해 가열되어 변화된 Gas의 온도를 측정해 기체의 양을 조절하는 것이다.

 스크러버는 공정 후 생성된 물질이나 남은 가스가 유독한 경우, 설비 외부로 바로 배출하는 것을 막는 1차적 중화 및 정화 장치이다. 액체를 통과하며 발생하는 화학반응이나 필터를 통해 걸러지는 원리이다. 1차로 중화된 배출 가스는 Fab에 부속된 중앙 정화 장치로 모여 외부로 배출되기 전 정화된 후 배출된다.

 

 

추가로 반도체 공정에 있어 가장 중요한 것은 'Recipe'라고 할 수 있는데, 각 공정에서의 파라미터 값이다.