반도체 공정 진행 중에는 어떤 평가가 진행 될까?

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우리는 반도체 IC를 생산 하기 위해 공정 진행 중, 공정 완료 후 여러 가지의 평가를 통하여 IC의 완성도를 높여 나간다.

오늘 포스팅에선 여러 가지의 평가 중에서 공정 진행 중인 각 공정 step 사이에 진행 하는 Inline Monitoring 평가와, IC가 완료 되어 FAB Out 되기 전에 진행 하는 PCM (Process Control Monitoring) 평가에 대해 정리 하려고 한다.

 

Inline Monitoring

 IC 설계가 완료 된 후에 Photo Mask 제작이 완료 되면, FAB 공정이 시작 되게 된다. 반도체 공정이라고 하는 것은 흔히대학교에서 배우는 8대 공정을 반복 하여 수백 가지의 Step을 통하여 하나의 Mask Layer를 형성하는 형태로 공정이 반복 진행 된다.

 쉽게 예를 들자면, Gate Poly를 만들기 위해서 Gate Poly Mask를 사용 하여 Poly Deposition -> Photo Patterning --> Etch --> Cleaning 진행 되는게 1-cycle 이며, Metal 배선을 형성 하기 위하여 Al-Cu (Metal) Deposition -> Photo Patterning --> Etch --> Cleaning 공정을 진행 하며 1-cycle 진행 하며 IC를 Stack 형태로 완성 해 나간다.

 그럼 공정을 진행 하면서 우리는 공정 사이 사이에 검사 step 없이 진행 할 수 있을까? 아니다, 그러므로 우리는 IC 공정 진행 중에 각 공정 Step 사이 사이에 검사 step을 추가 하여 공정이 우리의 Target에 맞게 진행이 잘 되 었는지 검사를 진행 하게 된다.

 우리가 삼성전자 공정 기술 직무나, SKH 단위 공정 직무로 입사 하게 되면 이러한 평가를 진행 하게 되고 평가 Data를 확인 하면서 공정 Recipe Tuning 후에 수율 개선을 하는 업무를 진행 하게 된다.

 그럼 평가는 어떻게 진행 되는 것일까?? PHOTO 공정을 예로 들어 검사 방법을 확인 해보도록 하며, 비단 PHOTO 공정만 검사 하는 것이 아니라, 다른 공정도 각 공정의 맞는 검사 방식으로 진행 한다는 것을 잊지 말도록 하고 다음 포스팅에선 PCM 검사 방법을 기록 해야 겠다.

 

1. 어떤 방식으로 PHOTO 공정이 끝난 후에 검사를 진행 하게 될까?

우리는 PHOTO 공정이 끝난 후 Pattern이 Wafer 내에 형성이 되면, wafer의 특정 부분에서 CD(critical dimension = 선폭)와 overlay를 측정하여 spec을 만족하는 지 판단 한다. (CD SEM 설비에 Wafer를 투입 하여 실제 선폭을 측정함)

 

1) CD 측정

 : 현상 후 PR 패턴의 크기가 목표 폭의 크기로 만들어졌는지 확인.

  → 폭의 크기가 목표보다 크게 = under exposure / 목표보다 작게 = over exposure.

 

2. 왜 CD를 측정 해야 하는 걸까?

통상적으로 공정이 진행 된 후에 PR의 CD가 목표보다 크거나 작을 경우, 후속 공정에서 불량이 발생. (누설 전류 불량이 발생 할 수도 있음)

1. 후속 공정이 이온주입인 경우
   → 이온을 주입해야 할 영역에 주입이 되지 않거나, 주입하지 말아야 할 영역에 주입
   → 소자의 전기적인 특성이나 동작상의 오류 발생
2. 후속 공정이 식각공정인 경우
   → 소자나 배선의 전기적 특성이나 구조가 불량
3. gate 만드는 layer에서 PR의 CD가 다른 경우
   → gate의 채널 length가 길거나 짧아짐
   → 소자의 saturated current나 leakage 측면에서 목표 대비 중심값이 달라지거나 산포가 커지는 문제 발생.