[반도체 실습] 한국 반도체 교육원(KSTI) 반도체 기초분석 실무 후기

상지대 안에 위치한 한국반도체교육원에서 진행하는 실무교육에 다녀왔습니다. 원주역과 만종역 두 곳 모두에서 그리 멀지 않기에 다른 지역에 계신 분들도 KTX를 통해 교육들으러 오기 괜찮습니다.

상지대 가는 길

담당자분 설명으로는 지금은 상지대의 건물을 빌려서 사용하고 있지만 2027년 초 쯤에 팹 건설이 완료되면 이동하고 실무교육도 더 다양해질 예정이라고 합니다.

상지대 영서관 및 KSTI

강의는 간단한 교육원 설명 후 반도체 장비들을 먼저 보는 것들로 시작되었습니다. 이때가 '내일도 렛유인'에서 반도체 기구설계 강의를 듣고 난 직후라 반도체 장비들을 볼 때 더 이해도 잘 되고 흥미로웠습니다. 

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​[렛유인 KDC 교육] 반도체 장비 1일차 : 수율을 지키는 첫 관문, EFEM과 장비 플랫폼 트렌드

 

가장 먼저 본 공정 장비입니다. 교육원 설립 당시 여러회사들로부터 장비를 기부받았다고 하는데, 삼성에서 받은 장비라고 하였습니다. 지금은 쓰지 않는 구형장비라고 합니다. 이름은 GaN MOCVD로 GaN 박막을 성장시키는 장비입니다. 더 자세한 설명은 없었지만 아마도 생긴것으로 추정하기론 PM과 TM이 아닐까 싶습니다.

PM으로 추정

TM으로 추정 view port가 보입니다.

 

그 외 옆에도 거대한 장비들이 있었는데 해당 장비를 구동하기 위한 배터리와 펌프 등등 이라고 설명하셨습니다. 장비 하나를 구동하기에 부가적인 장비들도 많이 따라붙는다는 것을 알 수 있었습니다.

 

다음으로 본 장비는 램리서치의 식각장비입니다. PR(Photoresist)을 거친 Wafer를 Etching을 통해 원하는 부분만 남겨두는 공정을 진행합니다. Chamber는 내부에 존재하며 유압을 통해 위의 뚜껑과 같은 부분이 열렸다 닫혔다 하며 Wafer를 장착시킵니다. 당연하게도 PM입니다.

램리서치의 식각장비

 

다음은 실제 양산 라인에서 사용하는 Etch 장비의 내부 모식도를 하나하나씩 부품별로 보여주는 디스플레이입니다. 다른 것보다 이론 강의에서 배웠던 ESC Chuck을 봐서 신기했습니다. 설명으로는 부품들이 세라믹으로 이루어져 고온에서도 충분히 버틸 수 있게 만들어졌다고 합니다.

 

Etch Process Chamber

 

다음으로 본 것은 DB하이텍에서 받아온 최신 CVD장비였습니다. 다만 하나 의아했던 점은 EFEM이라고 설명 들었던 부분 바로 옆에 LL없이 TM으로 바로 연결된다는 점이었습니다.

FOUP이 두개 장착 될 수 있는 EFEM 뒤쪽으로 TM이 보인다

 

그래서 LL을 EFEM으로 잘못 설명하신게 아닐까 했는데, FOUP을 장착할 때 필요한 LPM(Load Port Module)에 있는 센서류들이 보이길래 EFEM이 맞는것 같았습니다. TM부분은 View Port들이 여러게 존재하고, 내부에 TM Robot도 존재하는 모습이었습니다. 또한 이론을 배울때 장비 유지보수를 위해 Top Lid가 열릴 수 있다고 배웠는데 옆에 손잡이를 돌리면 열고 닫을 수 있는 모습까지 볼 수 있었습니다. 

EFEM 옆모습과 TM

Top Lid를 여닫을 수 있는 손잡이

 

다음으로 본 것은 CVD장비인데 PM이 2개 있었습니다. 하나는 Oxide CVD 장비이고 하나는 알루미늄 CVD 장비라고 합니다. 기상증착을 하는 장비이기 때문에 당연하게도 Shower Head도 볼 수 있었고, 공정이 끝난 후 Purge도 해야하니 가스관들도 많고, 유압으로 작동하니 배관이 특히 많고 복잡한 구조를 가지고 있었습니다. 

뒤에 있는 PM이 Oxide CVD, 앞에 있는 것이 Aluminum CVD 장비입니다. VCR Fitting으로 연결된 배관들도 보입니다.

 

Shower Head와 Chuck

 

다음으로 본 것은 현미경입니다. 처음에는 너무 기본적인 장비 아닌가 라는 생각이었는데 이후에 실습들을 진행해보면서 현미경으로 보지 않았으면 이해하기 어려웠을 부분들도 많았겠다라는 생각을 하였습니다. 현미경으로 Wafer를 관찰했을 때 정말 미묘한 것들로도 쉽게 Chip이 망가진다는 것을 알 수 있었고, 현미경으로 먼저 대략적으로 오염을 파악하고 정밀 분석을 원할시에 더 비싼 장비들로 분석을 진행한다는 것도 알게되었습니다.

현미경과 Wafer

중간중간 오염들이 보입니다. 더 정밀한 장비를 통해 원인을 분석할 수 있습니다.

 

다음으로 본 것은 XPS장비였습니다. 워낙 비싸기도 하고, 따로 실습을 진행하기에도 어려워서 설명만 들었는데, X선을 통해서 반도체를 정밀 분석하는 장비로서 소자의 표면과 불순물을 분석하는데 쓰이며 박막코팅의 균일성과 두께를 분석하는데 쓰인다고 합니다. 

XPS

 

다음으로 본 것은 AFM장비입니다. 나노 가공된 탐침으로 원자간력을 이용해 스캔하여 표면의 형상및 특성을 나노미터 스케일로 측정할 수 있는 장비라고 합니다. 불순물 분석에 이용할 것으로 추측됩니다.

AFM(Atomic Force Microscope)

 

다음으로 본 것들은 SEM과 Probe장비였는데, SEM은 고등학교에 있었어서 익숙했고 probe장비는 전에 과 교수님 랩실에 갔을 때 한 번 봤기에 반가웠습니다. 

히타치의 SEM

웬만한 측정은 이 장비로 다 되기에, 오히려 이것 말고 다른 장비들을 잘 안쓰게 된다고 한다

 

다음으로 본 것은 Alpha Step이었습니다. 측정 실습도 해보았는데, 자세한 설명과 실습지도를 해주셔서 좋았습니다.

측정시에 탐침이 내려와서 사용자가 설정한 압력과 길이만큼 표면을 긁으면서 지나가는데, 이 단차를 측정해서 표면을 정밀 분석하는 장비였습니다. 설명만 들어선 간단했는데 실습을 막상 해보니 생각보다 단순한 장비는 아니라는 것을 깨닫게 되었다. 또한 물리적으로 긁고 지나가기에 현미경으로 Wafer를 볼 때 쉽게 scratch가 나던것이 생각나 이것도 손상을 입히진 않는지 궁금해서 질문하였는데, 최대한 손상이 안가도록 측정을 하지만 어쨌든 손상은 간다고 합니다.

측정시에 오차도 생각보다 있었는데, 이를 보면서 반도체 장비들이 정밀하지만 어떤 부분에서는 그정도로 정밀하진 않다는 생각을 하였습니다.

알파스텝 장비

알파스텝으로 직접 측정을 진행해보았습니다.

 

다음으로 본 것은 Ellipsometer였습니다. 한쪽에서 편광된 빛(UV와 가시광선 두개를 쏩니다)을 보내 빛을 편광시키고 반대편에서 그 빛을 측정하여 상태 변화에 따른 시료의 두께와 특성을 정밀하게 측정하는 장비라고 합니다.

처음에 영점조절과 같은 작업 후에 현미경에서 재물대 높낮이 조정하는 것처럼 하는 작업을 진행하는데 자동으로 최적의 위치를 잡아주는 것이 아닌 사용자가 직접 손으로 조절을 해야 했습니다. UV가 측정쪽에서 가장 높게 측정이 될 지점을 직접 찾아야 합니다. 때문에 실습시에 생각보다 결과값이 튈 때도 있고, 정밀하지 않은 경우도 있었습니다. Wafer 고정도 전자식이나 진공으로 잡아주는 것이 아닌 핀으로 물리적으로 고정하는데 이에 따른 오차도 유의미 할 것 같다는 생각을 하였습니다. (더 비싼 장비는 전자식이든 진공이든 고정이 가능하다고 합니다) 측정은 사용자가 원하는 지점을 설정해 Wafer를 돌려가며 여러번 측정이 가능합니다.

엘립소미터. 중간에 보이는 십자 표시에 레이저를 맞추어 영점 조절을 합니다. 이후 재물대의 높낮이를 통해 적절한 위치를 잡고 측정합니다

측정이 잘된 경우입니다. GoF(Good of Fit)이 90점 이상이 되어야 잘 된 측정이라고 합니다. 그 기준점의 경우 미리 레시피가 필요하다고 합니다.

 

초기 설정 문제로 측정이 잘 되지 못한 경우입니다. GoF를 확인하지 않아도 육안으로도 그래프가 이상하다는게 보입니다.

 

또한 이 실습을 할때 컴퓨터에 연결된 반도체 장비들은 웬만하면 장비를 가장 먼저 키고, PC를 키고, 마지막으로 소프트웨어를 킨 후 장비가 안정화될때까지 시간을 조금 줘야 한다고 합니다..

 

마지막으로 Point Probe입니다. 면저항 측정기라고도 부르며 4개의 탐침을 통해 Wafer를 직접 위에서 아래로 찍으면서 원하는 부분의 박막의 면저항과 비저항을 측정합니다. 단 전도성 물질이어야만 합니다. 이 장비는 엘립소미터와는 다르게 진공을 통해 Wafer를 잡아 줄 수 있어서 회전시나 측정시에 오차가 줄어든다고 합니다. 이 장비 또한 알파스텝처럼 물리적으로 직접 측정하기 때문에 측정 후에 Wafer의 손상이 있다고 합니다. 측정이 끝나고 측정값을 통해 3D 모델링도 가능합니다. 연결된 컴퓨터를 통해 장비를 조작해도 되고, 컴퓨터 없이 장비만으로 조작해도 되는 간단한 장비였습니다.

장비 그 자체만으로 조작할 시

컴퓨터를 통해 장비를 조작할 시

 

이렇게 해서 교육이 끝났습니다. 큰 기대까지는 안하고 왔는데, 알찬 구성이었습니다. 특히 저는 장비 관련 이론 교육을 들은 직후였기에 더더욱 흥미롭게 들을 수 있었습니다.

교육을 듣는 사람들은 다양했던것 같습니다. 전공도 다양하고 2학년부터 졸업자까지 있었습니다. 

KSTI에서 진행하는 교육들은 무료이기 때문에 반도체 취업을 원하는 사람들에게는 정말 좋습니다. 나중에 자체 Fab도 생긴다면 더더욱 교육 수준이 높아질 것이라 생각합니다.

 

이후 한국반도체교육원에서 들었던 다른 교육이 궁금하신 분들은 아래의 글도 봐주시면 되겠습니다.

 

https://semi-note.tistory.com/10

[반도체 실습] 한국 반도체 교육원(KSTI) XR기반 반도체 공정 실습