1일차 이론 수업 내용
AM(10:00 ~ 12:00) - 홍기찬 선생님의 반도체 취업 전략
PM(13:00 ~ 19:00) - 서재범 선생님의 반도체 공정 실습 이론강의
AM 반도체 취업 전략
현재 세계 반도체 시장은 시스템 반도체가 주를 이루는데 우리나라가 잘 만드는 것은 메모리 반도체이다. 우리나라 회사들은 시장이 비교적 작은 메모리 반도체를 주로 생산하지만 매우 큰 매출을 내고 있다. 물론 시스템 반도체도 만들고 있다.
메모리 반도체는 소품종 대량 생산이고, 시스템 반도체는 다품종 소량 생산으로 만들어진다. 왜냐하면 시스템 반도체는 종류가 매우 많기 때문이다.
이런 반도체들을 생산하는 회사들을 특징에 따라 분류 할 수 있다.
1. Integrated Device Manufacturer(IDM): 삼성전자, SK hynix, Intel, etc.
2. Fables: 실리콘웍스, Qualcomm, ARM, Broadcom, etc.
3. Foundry: DB하이텍, TSMC, UMC, Globalfoundries, etc.
4. TEST & Packaging: 하나마이크론, ASE, 앰코코리아, 스태츠칩팩, etc.
5. 반도체 장비업체: ASML, APPLIED MATERIALS, TEL, etc.
위와 같이 나뉘고 각 분야별로 훨씬 많은 회사들이 있다.
반도체 추세와 관련 회사들의 목록들을 보면서 내가 어느 분야에 관심이 있는지, 그 분야에 해당되는 회사가 뭐뭐가 있는지를 잘 알게되는 과정이었다.
선생님께서 면접 꿀팁 같은 것들은 많이 알려주셔서 그 내용들을 잘 메모해놓는것이 좋다.
PM 반도체 공정 실습 이론강의
반도체 공정은 8대공정이라고 불리는 공정들로 이루어진다. 오후에 했던 강의에서는 이 8대 공정에 대한 이론적인 것을 배웠다.
학교에서 배웠던 것을 다시 들으면서 좀 더 머리에 지식이 들어가는 느낌이 들어서 좋았다. 그리고 편하게 질문할 수 있는 분위기여서 질문도 많이 할 수 있어 좋았다.
각 공정별로 정리를 해보면,
pre. 진공과 플라즈마
: 반도체 공정과정에서는 particle이나 다른 것의 영향을 받지 않기 위해서 진공을 필요로 하는 과정이 있고, 점점 칩의 미세화가 진행되면서 플라즈마를 이용한 공정을 사용한다.
진공은 진공펌프를 이용해서 만들고 저진공, 고진공, 초고진공이 있고, 각각 상황에 맞춰서 사용해야한다. 당연히 다른 것의 영향을 덜 받게 하기 위해서 모두 초고진공으로 하면 좋겠지만, 진공으로 만드는데도 시간이 많이 걸리는데다가 비용이 비싸지기 때문에 꼭 필요한 공정에서 필요한 만큼의 공기 농도로 진공을 맞추고 공정한다.
1. 포토 공정. photolithography
: 반도체에 회로도를 그리기 위해서 위에 PR이라는 것을 패턴 모양대로 올리는 공정이다.
2. 식각 공정. etch
: 위에서 올린 PR로 그려진 대로 패턴을 실제로 웨이퍼에 만드는 과정이다.
3. 박막 증착 공정. deposition
: 여러가지 물질을 여러가지 방법으로 웨어퍼 위에 층으로 쌓는 과정이다.
4. 금속 배선 공정. metalization
: 만들어놓은 소자들을 이어주는 금속 배선을 만들어주는 과정이다.
5. 산화 및 확산 공정. oxidation
: 웨이퍼 표면에 산화를 진행하는 과정이다.
6. 이온주입 공정. ion-implant
: 웨이퍼에 원하는 농도의 이온을 넣는 과정이다.
7. CMP 공정
: 웨이퍼 표면을 편평하게 갈아주는 과정이다.
8. 세정 공정
: 공정과 공정 사이에 간섭이 있지 않게 부산물을 깨끗하게 씻어주는 과정이다.
이런 공정들을 사용하고 회사마다 다른 레시피를 사용해서 칩을 생산한다.
이 모든 내용을 처음 듣는다면 다 이해 못하는게 정상이다. 수업도 연속으로 계속하고 뒤로 갈 수록 집중력이 떨어지기 때문에 만약 자기가 관심있는 분야가 있으면 그 부분을 집중해서 듣는것이 좋을 것 같다. 그리고 반드시 실습 전에 제공하는 엔지닉 강의를 미리 수강하고 와야한다.
2일차 수원대 공정 실습 시작
AM(9:00~12:10) - 공정 실습 전 마무리 이론 수업
PM(조별로 다름) - 공정실습 시작
AM 마무리 이론 수업
수원대 교수님께서 직접 반도체수업을 진행해주신다. 수업해주신 교수님은 재료쪽 교수님이셨는데 과가 전자과라 맨날 전자과 관점에서 봤던 반도체를 다른 관점에서 어떻게 보는지 알게 된 것만으로도 매우 좋은 기회였다.
아침일찍 하는 수업이고 수원에서 집이 멀었기 때문에 아침수업이 피곤해서 집중하기가 쉽지 않았다. 그래서 오전 이론 강의를 위해서 전날부터 일정관리, 컨디션 관리가 필요하다.
PM 공정실습 1일차
: (클리닝, oxidation)
클리닝
DI water가 나오는 기계에 웨이퍼를 넣고 담갔다가 빼는 방식으로 클리닝을 했다. 안에 웨이퍼를 넣고 N2방울로 물리적으로 세척하는 것도 가능하다.
세척 후 말리는 과정에서 스핀 드라이버 고장으로 에어건으로 웨이퍼를 말렸다.
oxidation
wet oxi 와 dry oxi로 나뉘는데 wet이 더 빠른 대신에 dry 는 산화막의 막질이 더 좋다. 실습때는 직접하기에 시간이 오래 걸려서 미리 oxidation 해놓은 웨이퍼를 사용했고, fab에서는 어떤식으로 장치가 돌아가는지를 봤다. oxidation 두께에 따라서 웨이퍼 색이 달라지는데 실습때는 모두 파란색 웨이퍼로 실습했다.
온도 센서가 chamber의 각 부분의 온도를 각각 재서 내부의 모든 부분에서 비슷한 온도가 되게 한다. 그러면서 막 성장이 균일하게 되도록 한다. 그리고 맨앞 맨뒤에 더미 웨이퍼를 두면서 중간에 균일하게 성장한 웨이퍼들을 쓴다. 그리고 상압에서 공정을 진행한다.
chamber에 들어가는 보트는 석영으로 이루어져 있고, 문 앞에 단열재가 달려있어 균일한 온도를 유지할 수 있게 해준다.
공정에서 사용한 레시피는
1. boat in -> 2. ramp up 1,2 -> 3.stability -> 4. deposition -> 5. ramp down -> 6. boat out -> 7. cooling 1,2,3
이런 순서로 이루어졌다.
보트가 웨이퍼를 가지고 들어가서 램프가 켜지면서 온도가 서서히 올라가면, 한동안 온도를 유지하면서 예열시킨 후 가스를 넣어서 deposition한다. 그리고 램프를 끄고 온도를 서서히 낮춘 후 보트를 꺼내고 식힌다.
이 때 온도를 서서히 올리고 내리는 이유는 웨이퍼에 충격을 최소화 하기 위함이고, 예열하는 과정은 온도가 바뀌면서 막질이 안좋아지는 것을 막기 위함이다.
위의 과정에서 wet과 dry의 시간이 차이가 나는 과정은 deposition 과정 뿐이고 다른 과정들을 거의 같게 진행된다.
DI water 탱크
안에서 UV와 필터를 이용해서 DI water를 만들고 탱크에 저장하는데 남는 DI water는 안에서 계속 필터로 돌려준다.
오후 실습은 크게 웨이퍼에 어려운 것을 했다기 보다는 fab과 방진복에 적응하는 시간이었던거 같다. 개인적으로 실제 공정에서 레시피를 어떻게 사용하는지 프로그램이 어떻게 생겼는지를 보고 싶었는데 oxidation 과정을 보면서 옆에 조정하는 것을 볼 수 있어서 세부적으로 공정이 어떤식으로 돌아가는지 알 수 있었다. 각 과정의 온도, 압력, 가스의 밀도, 시간이 설정되어 있는게 이유가 없는것은 없었다. 그래서 과정에 대한 이해가 필요하고 목적에 맞는 조건을 설정할줄 아는 것도 엔지니어의 중요 조건이라는 생각이 들었다.
3일차 공정실습
: (포토공정 中 HMDS, PR coating, soft bake, alignment, exposure)
시간이 조별로 다름
각 과정별로 우리조 또는 다른 조가 했던 실수들과 설명으로 들었던 주의사항을 적었다. 실수하기 쉬운 것들도 있고, 사소한 실수지만 치명적인 결과가 나오는 것도 있었다.
HMDS, PR coating, soft bake
HMDS는 Hexa-Methyl Di-Silazane 의 약자로 PR이 웨이퍼에 잘 붙게 해주는 접착제 역할을 한다. PR은 소수성이고 oxidation되어 표면이 SiO2인 웨이퍼 표면은 친수성이기 때문에 둘이 잘 붙지 않는다. 그래서 HMDS를 도포하는데 이때 HMDS병과 PR병 사이의 스포이드로 인한 교차오염에 주의해야한다.
실습에서 사용한 spin coating 기계에는 스핀 속도가 3단계가 있어서 스핀 시간에 따라 다른 속도로 움직여서 코팅을 진행한다. 그리고 공기 배기구멍이 있기 때문에 스핀 도포 과정에서 기포가 조금 있어도 괜찮다.
스핀코팅기 위에 웨이퍼를 올리면 진공으로 웨이퍼를 잡아줘서 웨이퍼가 떨어지지 않는다.
이 과정에서 PR 도포를 너무 천천히 하면 나중에 exposure 후 develop 할 때, 패턴 주위로 자국이 남아서 원하는 패턴이 잘 나오지 않는다. 또한 PR을 너무 적게 도포하거나 판이 기울어져 골고루 도포가 안된경우 soft bake 후에 가장자리에 PR이 잘 안발리거나 얇게 발려서 균일하지 않을 수 있다.
soft bake온도는 92~94도 였다. 그리고 PR 도포 후에는 웨이퍼 표면이 무지개색으로 바뀐다.
alignment, exposure
exposure 하는 곳에서는 형광등을 쓰지 않는데 자외선에 가까운 파장이 패턴에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 그리고 패턴을 새기는 자외선은 맨눈으로 보면 눈에 매우 안좋으니 핸드폰 카메라로 보는 것이 좋다. 폰 카메라로 보면 안전하다. 실습에서 사용하는 자외선은 KrF로 DUV에 속한다. 그러므로 PEB를 필수로 해줘야한다.
원래는 현미경이랑 화면으로 보면서 alignment를 진행하지만, 시간이 모자라고, 패턴의 크기도 커서 손으로 직접 alignment만 해주었다.
패턴을 새기는 방법인 contact, proximity, projection 중 우리는 contact 방식을 사용하는 기계를 이용해서 패턴을 형성 했지만 완전한 contact이 안되서 회절이 조금 일어난다. exposure 할 때, 종이 같은걸로 빛을 막을 수 있는데 그러면 패턴이 그부분만 흐릿하게 나온다. 만약 회절이 안일어난다면 빛이 안닿아서 패턴이 완전히 가려질 것이다.
이 기계도 spin coating 기계 처럼 mask와 wafer를 진공으로 고정시킨다.
직접 웨이퍼에 용액을 뿌리고 공정을 진행하는 날이었다. 대부분의 과정을 수동으로 하다보니 인간적인 실수가 굉장히 많았던거 같은데 그 당시에는 실수인지 잘 몰랐던 것들이었고, 공정이 끝나고 패턴이 나와보니 알게 되었다. 한번의 공정 실습으로 정말 디테일한 것들을 잘 알게되었다.
4일차 공정실습
: (develop, etch, strip 실습; dry evaperator, sputtering, fab내 독극물 탱크, diffusion pump 견학)
develop, etch, strip
PR 제거를 위해서 KOH+TMAH(TetraMethyl-Ammonium-Hydroxide) 용액과 water를 통에 같이 담고 흔들어서 PR을 제거한다. 그리고 DI water로 제거하고 남은 용액을 제거한 후 etch로 들어간다.
위에서 제거한 PR은 exposure로 DUV를 받아서 약해진 PR이다. 그러므로 아직 wafer위에는 패턴모양의 PR이 남아있다. develop만 한 wafer를 잘 보면 위에 무지개색으로 기름막처럼 패턴이 그려져 있는 것이 보인다. 이 때 etch를 위한 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액으로 etch를 진행한다. 실습에서 사용한 용액은 HF:나머지 = 1:6 으로 섞은 용액을 BOE로 사용했다.
이 과정이 끝나면 develop 후에 희미하게 무지개빛으로 보이던 패턴이 잘보인다. BOE용액안에 wafer가 담겨있을 때 패턴이 잘보이다가 안보이기 시작하는 타이밍에 꺼내면 된다. 왜냐하면 윗부분의 oxide층(파란색)이 etch되면서 Si층(은색)이 나타나면서 용액안에 담겨있을 때는 희미해지는 것처럼 보인다.
PR strip은 안전을 위해서 아세톤을 이용해서 진행되었다.
이 때 내 wafer는 패턴 주위로 얼룩 패턴들이 남았었다. 그래서 이것을 다시 etch하면서 물리적으로 조금 닦아주면서 자국이 있는 것들을 지워주었다. 자국이 남은 이유는 PR 도포에서 제대로 안되었기 때문이었다. 예상되는 문제점은 처음 PR 도포를 할 때, 스포이드로 너무 천천히 용액을 떨어트려서 앞서 떨어졌던 PR이 먼저 굳으면서 골고루 도포가 되지 않았던 것 같다.
모든 과정이 끝나고 wafer를 에어건으로 말려서 전용 케이스에 넣고 집으로 가져올 수 있다.
견학: sputtering, evaperator, dry oxidation 기계, 독극물 탱크, diffusion pump
sputtering
진공을 10^-7 까지 만들어서 공정한다. 이정도면 고진공에 해당한다. 주챔버와 보조챔버가 있는데 보조 챔버에는 10^-3 정도의 진공을 만들어 놓고 쓴다. 진공을 만들었다 없앴다 하는 시간을 줄이기 위해서이다. 그래서 주챔버는 로터리+디퓨전 진공기를 사용하고, 보조챔버는 로터리 진공기 하나만을 사용한다. 마그네트론으로 증착속도를 빠르게 하려고 한다.
evaperator
Thermal evaperator를 사용했다. 14,000볼트에서 작동하고, 내부에서 10^-5 진공을 만들어서 타겟을 기화시킨다. 이 공정보다 CVD가 더 막질이 좋지만 이것을 사용하는 이유는 금속 증착이 가능하기 때문이다.
dry oxi
공정을 진행할 때, 진공을 사용해서 진행하는데, 이때 기름을 사용하는 *디퓨전 진공기를 사용해서 진공을 만들어준다. 이 공정의 장점은 막질이 좋은 것이고, 단점으로는 시간이 오래걸린다.
* 디퓨전 진공기: 기름을 가열해서 기체가 된 것이 천장과 벽에 붙으면서 액체가 되서 다시 떨어지는 것을 반복하면서 위에 있는 기체를 밖으로 배출하면 내부는 서서히 진공상태가 된다.
이렇게 실습을 모두 진행을 했고, 느끼는 바가 많았다.
이 전에는 취직을 해야겠다는 생각만 하고 있었지 어디를 어떻게 지원을 할 지, 그 회사를 위해 뭘 준비해야 할지 잘 모르고 그냥 공부만 하고 있었다. 그런데 실제로 이런식으로 반도체가 만들어지고, 취직하고도 비슷하게 일 하게 된다는 것을 직접 경험해보고 나니까 뭐가 중요한지, 뭘 준비해야 할지를 제대로 알 수 있게 되었다.
특히 앞조를 기다리는 시간에 교수님과 면담하는 시간이 있는데 그 때 교수님께서 현업에 계셨을 때, 회사가 돌아가는 상황이나 부서들 끼리의 상호역할 같은 것들을 설명해주시면서 각 부서별로 하는 일을 명확하게 설명해주셔서 진로 결정에 아주 큰 도움이 되었다.
그리고 지금 학교에서 어떤 수업을 듣는 것이 좋을지에 대해 질문이 있어서 원래 시간보다 일찍가서 기다렸었다. 원래 질문을 받는 시간이 아니었지만 교수님께서 아주 상세하게 잘 알려주셔서 방향성을 선택하는데 도움이 많이 되었다. 실습하는 것도 좋았지만 교수님과의 면담이 아주 많이 도움이 되었다.
질문을 많이 해 지겨울 수 있음에도 상세하게 대답해주신 교수님과 이런 기회를 제공해준 엔지닉에 감사하다는 말을 전하면서 후기를 마치겠다.