안녕하세요! 주인장입니다. 한 몇일 블로그를 쉬었는데요. 그래도 겨울 방학인데 스키장 한번은 가줘야 하지 않겠습니까? 요번주에 친구들과 스키장 한번 싹 갔다가 푹쉬고 다시 돌아왔습니다. 부족한 만큼 더 열심히 해야겠네요!
저번 시간엔 포토공정을 전반적으로 쫙 끝냈는데요 이제는 포토공정에 쓰의는 장비들과 설비라던지 구성 요소들에 대해서 한번 글을 써볼 계획입니다! 그러면 오늘도 한번 달려봅시다!
포토공정에 쓰이는 장비를 생각해보시면 저는 제일 먼저 ASML의 장비들이 생각이 나는데요 여러분들은 어떠신가요? 그렇기에 저는 포토공정 하면 가장 비싸고 최신의 장비들을 다룬다고 생각해왔는데요 이 포토공정에는 항상 최첨단의 장비들이 쓰이는 것은 아니라고 합니다. LED나 디스플레이 같은 공정에는 여전히 옛날의 기술이 적용된 장비들을 많이 사용한다고 하네요.
자 그렇다면 하나씩 한번 시작해 볼까요? 처음은 Track System 부터 시작하겠습니다.
Track system 이란 포토공정 중 세정/노광/검사 공정을 제외한 나머지를 진행할 수 있는 시스템을 의미합니다.
자자 옛날 기억을 한번 떠올려 봅시다. 포토공정은요 yellow room 즉 photo bay에서 진행된다고 했죠. 이중 실제 공정에 진행되는 곳이 photo cell이라고 하구요. 좀 더 자세하게 구분하자면 inspection은 photo cell 밖, photo bay안에서 진행하고 cleaning 같은경우는 아예 photo bay밖에서 진행합니다.
그렇다면 inspection이 photo bay안에서 진행되어야하는 이유는 무엇일까요? re-work이 가능한 기판의 경우엔 photo bay 밖에서 진행하면 밖에 있는 빛으로 인해서 변성이 일어 날 수 있기때문이죠.
그렇다면 노광 공정은 Track system이 아닌 photo cell내의 노광설비(Stepper, scanner, Mask aligner)에서 진행하는것이죠. 노광설비에 관해서는 뒤에 설명할 예정이니 궁금하시더라도 조금만 참아 주세요!
그러면 cleaning, inspection, alignment&Exposure을 제외한 나머지 공정들은 Track System 내에서 진행된다고 생각하시면 되겠네요!
그렇다면 이 Track system은 어떻게 구성이 되느냐를 살펴보죠. 제가 보여드리는 그림과 비교하면서 한번 보시죠.
먼저 구동부가 있습니다. 우리가 카세트의 형태로 웨이퍼를 25매정도씩 roading 시켜 놓으면 어차피 웨이퍼는 한장씩 가져가집니다. 이렇게 웨이퍼를 카세트 형태로 loading 시켜놓는것을 index unit이 존재합니다. wafer loader unit이라고도 합니다. 또 구동부에는 웨이퍼를 각 모듈로 배치시켜주는 transfer robot이 있습니다. 그리고 그림에는 나와있지 않지만 나중에 용액공정에 들어가기 전에 웨이퍼의 중심을 꼭 맞춰줘야는데요 왜냐면 용액공정에선 웨이퍼가 회전을 하는데 이때 웨이퍼의 중심에 vaccum 잡아줘야는데요 조금 옆에서 잡아주면 웨이퍼가 돌면서 튕겨져 나갈 수 있기때문이죠. 그래서 우리는 이를 위해 center positioner라는 것을 사용합니다. 말 그래로 웨이퍼의 center를 맞춰주는 겁니다. 그래서 이런것들까지 구동부다라고 생각하시면 됩니다.
다음은 용액공정 설비가 들어갑니다. spin coating 설비와 developer 모듈이 있네요. 얘네 둘다 위에서 말씀드린거 처럼 웨이퍼가 회전을 합니다.
이러한 공정들이 메인이 되기는 하지만 우리가 포토공정에선 중간중간에 bake가 진행됐었죠? 그렇기에 열 공정 설비들도 상당히 중요합니다. 이 열공정 설비에는 흔히 말하는 hot plate unit이 기본이되고 여기에 우리가 wafer prime을 해주는 AD unit도 들어갑니다. 두 설비다 어느정도 열이 필요한 모듈이라는 것이죠. 그렇다면 열을 가해주면 바로 다음공정에 들어가는걸까요? 아닙니다. 상온으로 다시 온도를 낮춰줘야합니다. 그래서 우리는 cooling을 해주는 cp unit도 필요하죠. 상온을 유지하고 있는 판이라고 생각하시면 될 것 같습니다. 흔히 사용하는 실리콘 기판경우에는 열 전도율이 좋기 때문에 그냥 상온을 유지하고 있는 기판에 올려두기만 해도 30초에서 1분정도만 지나면 바로 상온으로 떨어지게됩니다.
이 그림은 하나의 예시이기 때문에요 회사마다 회사에 있는 제품마다 설비의 구성이 달라질 수 있습니다.
이렇게 Track system 안에는 크게 구동부, 용액 공정 설비, 열 공정 설비가 있고 각 설비안에 존재하는 unit들에 대해서 간략하게 알아봤는데요 이제는 하나 하나씩 디테일 하게 알아보도록 합시다.
먼저 구동부입니다. Wafer loader / Index unit / Robot arm 이렇게 있는데 Wafer loader와 index unit은 제가 위에선 같은거라고 했지만 엄밀히 말하면 조금 다릅니다. Wafer loader에 놓여진 웨이퍼들을 주루룩 읽어내는 것을 우리가 index unit이라고 하는데요 자세한거 조금있다가 소개하겠습니다.
일단 먼저 Wafer loading은요 카세트 상태로 합니다. 아까도 말씀드렸지만 Wafet loader에 웨이퍼 카세트 약 25매 정도가 한꺼번에 들어가는 것이죠. 그다음에는 Robot arm에는 laser scan하는 부분이 존재하는데요 사실은 이 부분이 index unit입니다. 크게 대단한건 아니구요 wafer loader와 laser scan을 뭉뚱그려서 index unit이라고 하는 것이죠. 어쨌는 robot arm에 있는 laser scan이 웨이퍼를 scan을 하게 되면 몇번 웨이퍼가 Wating이고 error가 났고 in process고 몇번이 비어있고 complete상태인지 알려주는 것입니다. 이제 실제로 웨이퍼를 잡아서 이동시키는게 robot arm이구요 잡을때 vacu um 상태로 잡아주게 됩니다.
다음은 열공정 설비입니다. 크게 HP unit / AD unit / CP unit이 있다고 말씀드렸죠? 구조는 그냥 판으로 이루어져 있기때문에 상당히 간단합니다. 세부 내용은 표를 첨부하겠습니다.
몇가지 첨언을 하자면 왜 상온으로 낮춰줘야 하냐면 온도가 고정되 있지 않으면 pr의 열팽창 계수가 꽤 되기 때문에 그렇기에 pr이 열팽창을 하게되는데요 그렇게 되면 이때마다 공정조건이 달라지기 때문에 그걸 피하기 위해서 cooling해주는 것이죠. HP unit은 온도의 범용이 꽤 넓은 반면에 AD unit은 HMDS라는 특수한 목적을 갖고 있기 때문에 온도 범위가 넓진 않습니다. HMDS를 코팅 할때는 액체상태의 HMDS를 진공으로 빨아줘서 N2를 가압해줘서 Vapor를 생성해줘 이 Vapor들이 웨이퍼 위에 뭍게 되는것이죠. 실제로 HP unit 과 AD unit은 상당히 유사합니다. AD unit에 단하나 추가된것이 Vapor가 들어가는 노즐이 하나더 추가가 된것이죠.
그 다음 설비가 용액 공정 설비 입니다. 우리가 흔히 말하는 Coater unit(Spin coating)과 developer unit이 있죠.
먼저 coater unit 부터 설명하자면 두개의 노즐이 존재하는데요 PR Dispense nozzle과 Edge bead removal nozzle 입니다. 그다음 웨이퍼를 잡아주고 돌려주는 역할을 하는 Spin motor와 Vacuum chuck이 있구요. 불필요한 fume이나 pr들이 빠져나가는 Exhaust & Excessive PR drain이 있습니다.
동작 순서에 대해서 설명드리자면 먼저 1)pin이 올라와서 wafer를 잡아주고 pin이 내려갑니다. 다음 2) 웨이퍼에 vacuum을 잡아주죠 여기까지는 열공정 설비랑 비슷하죠? 3) 다음은 모터가 돌아가기 시작하는데요 아주아주 낮은 rpm으로 돌아가면서 pr을 분사할 준비를 합니다. 4) 그다음 pr을 분사를 해주겠죠? 5) 우리가 공정에서 공부했듯이 고속으로 회전해서 pr을 코팅해줍니다. 6) 그다음에 edge bead를 삭제해줍니다. 그런데 한가지 기억해야 할 것이 Edge bead는요 웨이퍼 위 뿐만 아니라 아래에도 조금은 생깁니다 그렇기에 EBR은 top side와 bottom side 두개가 존재합니다. 그림에는 bottom 밖에 업지만 top은 당연히 있는 것이겠죠? EBR을 할때도 물론 웨이퍼를 고속으로 회전시킵니다. 그렇기에 EBR에 사용되는 용매도 drain을 통해 밖으로 빠져나가게 되겠죠. 7) 이렇게 모든 공정을 마치면 웨이퍼를 멈추고 unloading을 하는것이죠.
아직 하나가 더남았죠? Developer unit입니다. 이것도 비슷한데요 마찬가지로 developer가 분사되는 developer dispense nozzle이 존재하구요. Rinser가 분사되는 Rinser nozzle이 있구요. 당현히 spin motor, vacuum chuck, drain은 기본적으로 있어야겠죠. 그런데 기억나시나요? spray, puddle?? 기억 나신다고 믿겠습니다! 이 노즐에 따라서 spray 냐 puddle이냐 타입이 다르겠죠? 두 타입의 한가지 다른점은 puddle의 경우 developer가 기판위에 많이 존재하기에 한번 빠르게 회전시켜서 developer를 떨어트리겠죠? 그리고 그다음은 두타입 모두 DI water즉 Rinser롤 씻어줍니다. 그리고 또 빠르게 회전시켜 물도 제거 시켜주죠 이걸 우리는 spin dry라고 부르죠.
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