반도체 공정에서는 아주 작은 티끌 하나도 집적회로의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미친다. 공정 중 발생하는 오염물질이 웨이퍼 위에 떨어지거나, 웨이퍼 표면에 아주 작은 굴곡이 생기게 되면 이는 곧 칩(Chip)의 불량을 일으켜 수율을 저하시키고 가격경쟁력을 떨어뜨린다. 반도체 회로 선폭이 점점 미세화될수록, 허용되는 티끌 수준은 더욱 까다로워지고 있다. 티끌 하나 없이 깨끗하고 매끈한 ‘무결점 웨이퍼’는 제품 경쟁력을 좌우하는 필수 요소다.
뉴스룸은 SK하이닉스에서 ‘무결점 웨이퍼’를 책임지고 있는 제조/기술담당 산하 C&C기술담당 구성원을 만나 직무 전반과 각 팀에서 바라는 인재상에 대해 들어봤다.
웨이퍼 표면을 깨끗하고(Cleaning) 평평하게(CMP), Cleaning&CMP공정
웨이퍼는 반도체로 완성되기까지 포토(Photo), 식각(Etch), 확산(Diffusion), 박막(Thinfilm) 등 다양한 공정을 거친다. 세정(Cleaning)공정은 이 같은 단위공정 진행 전후로 웨이퍼 표면에 발생하는 오염물질을 물리적/화학적 방법으로 제거하는 공정이다. 방식은 크게 케미컬(Chemical, 화학약품)을 사용하는 습식세정(Wet Cleaning)과 플라즈마(Plasma)와 같은 가스를 이용하는 건식세정(Dry Cleaning)으로 구분한다.
과거에는 타 공정에 종속된 보조공정이라는 인식이 많았으나, 최근에는 신뢰성 높은 반도체를 만들기 위해서는 꼭 필요한 핵심 공정으로 자리매김했다. 특히 소자의 집적도가 상승하며 회로 선폭이 좁아지다 보니 웨이퍼에서 발생하는 결함(Defect)을 제어하는 방식을 좀 더 고도화해야 했고, 이에 따라 각종 공정을 진행한 후 잔여 이물질을 완벽하게 제거하는 세정공정의 중요성이 강조되는 추세다.
세정공정이 웨이퍼의 표면을 깨끗하게 씻어내는 과정이라면, CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정은 웨이퍼 표면의 굴곡을 가다듬어 매끈하게 가다듬는 공정이다. CMP공정이란 요철이나 굴곡이 발생한 웨이퍼의 박막(Film) 표면을 화학적/기계적 요소를 통해 연마(Polishing)해 평탄화(Planarization)하는 공정을 뜻한다.
이 공정에서는 칩(Chip) 내 각각의 다른 높이를 갖는 부위가 패드와 접촉하면 서로 다른 압력을 받아 상대적으로 높게 솟은 부위가 높은 압력에 의해 먼저 연마되는 원리를 활용한다. 또한 웨이퍼 표면의 스크래치를 방지하고 공정 제어의 불안정성을 보완하기 위해, 슬러리(Slurry)라는 연마액을 접촉면에 분포한 상태에서 공정을 진행한다.
최근 기술 고도화에 따른 선폭 감소로 인해, 포토공정 진행 시 웨이퍼 내 균일도가 기존보다 더 중요하게 여겨지고 있다. 기존과 비슷한 수준의 결함이 발생해도 더 많은 셀(Cell)에 영향을 미쳐, 더 큰 수율 저하를 초래하고 있기 때문. 이에 따라 웨이퍼 표면의 단차를 제거하는 CMP공정의 역할도 확대되고 있다. 단순 평탄화뿐 아니라 웨이퍼의 결함 개선 등을 통해 후속 공정 안정화에 차지하는 비중이 높아지고 있으며, 이를 통해 수율 향상에 기여하는 수준도 높아지고 있다. 그 중요성으로 인해 장비(Device)가 업그레이드될 때마다, 요구되는 CMP의 공정 수가 늘고 있으며 관리 기준도 더 엄격해지는 추세다.
“안정적인 생산과 기술 혁신을 통한 최고의 품질 확보” C&C기술담당의 비전
C&C기술담당에는 세정공정을 담당하는 Cleaning기술팀과 CMP공정을 담당하는 CMP기술팀이 FAB별로 이천, 청주 등에 각각 배치돼 있다. 여기에 Fab별 표준화 업무와 함께 조직의 전체적인 방향을 제시하며 조타수 역할을 하는 C&C기술혁신팀, 각 Fab의 공정 산포 개선과 내구성 관리를 담당하는 C&C산포개선팀 등 총 11개 팀이 함께 운영되고 있다.
Cleaning기술팀은 디바이스 및 공정에 따라 습식세정 방식 중 배치식(Batch Type) 세정1) 혹은 매엽식(Single Type) 세정2) 을 다르게 채택해 적용한다. 장비의 콘셉트와 내구성을 체크할 수 있는 주요 매개변수(Parameter)들이 서로 다르기 때문에, 양방향에 대한 깊은 이해를 바탕으로 업무를 수행하고 있다. 또, 웨이퍼 결함(Defect)의 종류 및 특성에 따라 해당 결함을 효과적으로 제거할 수 있는 케미컬을 선정해 공정을 진행한다.
1) 여러 장의 웨이퍼를 화학물질(Chemical)이 채워진 수조에 한번에 분사(Dip)해 세정하는 공정. 비용부담이 적고 시간당 많은 양의 웨이퍼를 처리할 수 있는 장점이 있지만, 섬세하고 고도화된 웨이퍼를 처리하기에는 부적합하다.
2) 장비 내부에 있는 각각의 챔버에서 웨이퍼를 한 장씩 약액 처리해 세정하는 공정. 정밀한 공정 제어가 가능하지만, 비용이 많이 들고 장비 자체의 복잡도가 높다는 단점이 있다.
약액을 사용하는 세정공정에서는 패턴 면에서 액체의 표면장력에 기인한 다양한 결함이 발생하는데, Cleaning기술팀은 이를 제어하고 공정을 고도화하기 위해 표면장력이 없는 초임계 유체를 활용한 ‘초임계 세정 공정’을 도입하는 등 경쟁력 확보를 위해 노력 중이다. 또한 정밀한 공정 제어가 어려운 배치식 세정 공정을 매엽식 세정 공정으로 전환하는 작업도 순차적으로 진행하고 있다.
CMP공정의 프로세스는 폴리셔(Polisher) 파트와 클린(Clean) 파트로 나뉘어 진행된다. 폴리셔 파트에서는 슬러리(Slurry)를 웨이퍼(Wafer)와 패드(Pad) 접촉면에 유입해 웨이퍼 표면을 연마하는 작업이 이뤄진다. 클린 파트에서는 연마 후 웨이퍼 표면에 남은 잔류성 물질 제거를 위해 브러시(Brush)를 이용한 습식세정을 진행하고 있으며, 세정 후 건조(Dry)하는 과정도 담당하고 있다.
회로 선폭이 미세화됨에 따라 CMP공정에서도 공정 마진(Margin)을 확보하기 위한 산포 개선이 중요시되고 있다. CMP기술팀은 APC(Advanced Process Control)3) 시스템을 이용해 실시간으로 공정 진행 조건을 최적화하고 있다. 하지만 기존의 APC 모델은 엔지니어의 경험치를 바탕으로 설정돼 있어, 개개인의 역량에 따라 개선 활동이 좌우됐다. 이에 따라 CMP기술팀은 알고리즘 기반의 APC와 엔지니어의 경험치를 살릴 수 있는 모델 개발의 필요성을 느꼈고, APC 고도화를 위해 ‘MICO(Model Integrated Process Control Optimizer)’를 적용하는 개선 활동을 하고 있다. 이와 함께, CMP공정 진행 과정에서 유발되는 CMSC(CMP Scratch) 결함을 개선하기 위한 소모재 개선에도 힘쓰고 있다.
3) 웨이퍼의 계측과 공정 모델 기반의 제어 및 이상 진단 알고리즘을 기반으로 하여, 사전 공정의 경향성 혹은 과거 데이터를 이용하여 규칙성을 찾아 조건을 변동하여 진행시켜주는 시스템.
C&C기술담당이 공동으로 추구하는 목표는 ‘안정적인 생산과 기술 혁신을 통한 최고의 품질 확보’다. 이를 실현하기 위해 ‘안전’, ‘소통’, ‘행복’, ‘One Team Spirit’ 등 네 가지 핵심 가치를 추구하고 있다. 수많은 장비와 소재를 다루는 공정 특성상, 무엇보다 ‘안전’을 우선으로 생산성과 기술 개선을 위해 노력하고 있다.
또한 모든 구성원이 하나하나가 필요한 존재임을 느끼게 하는 조직, 그리고 구성원 의견이 수렴돼 실제 변화를 체감할 수 있는 조직을 만들기 위한 노력의 일환으로, 위에서 일방적으로 지시하는 의사결정 구조가 아닌 아래에서부터 의견을 수렴하는 의사결정 구조를 갖추기 위해 직급별 협의체를 운영하고 있다.
[Q&A] C&C 기술담당 실무자에게 듣는 직무 Tip
뉴스룸은 SK하이닉스의 C&C 기술담당 실무자들을 만나 업무에 필요한 역량과 자질에 대해서도 들어봤다.
▲C&C기술담당 DRAM Cleaning기술팀 김진수 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
김진수 TL: Cleaning기술팀에서 장비 엔지니어로 일하고 있다. Cleansing 장비에 대한 예방 정비, 관리, 개선 활동 및 각종 결함 이슈들에 대응하는 업무를 맡고 있다.
최민혁 TL: Cleaning기술팀의 공정 엔지니어로서 세정공정에서 발생하는 다양한 이슈에 대해 원인을 찾고, 이에 대한 해결방안을 찾는 역할을 맡고 있다.
박찬범 TL: CMP기술팀은 크게 공정 업무와 장비 업무로 나뉘는데, 그중 공정의 전반적인 업무를 수행하고 있다. 수율, 품질, 생산성 관리, 개선 업무를 담당하고 있다.
김혜빈 TL: CMP기술팀의 공정 엔지니어로서 안정적인 생산을 위해 공정을 최적화해 관리하고 있다. 수율 및 생산성 향상을 위한 여러 평가를 진행하기도 한다. 또한 문제 발생 시 관련 데이터를 분석해 개선하는 업무를 하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
김진수 TL: 공정의 난도가 높아짐에 따라, 기존에는 인지하지 못했던 하드웨어(HW)적 변곡점들이 나비효과를 일으켜 큰 규모의 공정 사고를 유발하는 경우가 많다. 때문에 사소한 것에도 의문을 가질 줄 아는 문제의식이 필요하다. 또, 문제를 다각도로 파악하기 위한 넓은 시야와 분석력을 갖추면 좋다.
최민혁 TL: 공정 엔지니어는 장비 파트의 엔지니어와의 협업이 제일 중요하기 때문에, 커뮤니케이션 능력이 필수다.
박찬범 TL: 공정과 장비에서 나오는 데이터를 분석해 문제를 해결하는 업무가 대부분이기 때문에, 정확한 분석 능력이 필요하다. 또한 장비가 항상 동일한 상태로 가동되지 않으므로 다양한 각도에서 문제를 바라볼 수 있는 넓은 시야가 필요하다.
김혜빈 TL: 팀 내 파트뿐 아니라 다양한 팀과 소통하는 경우가 많기 때문에, 소통 능력이 중요하다. 여러 변수가 많은 공정을 관리하려면 꼼꼼함과 정확한 분석력이 필요하다. 문제가 발생했을 때 신속한 의사결정이 필요하기도 한데, 데이터를 바탕으로 한 정확한 분석 역량이 있다면 큰 도움이 될 것 같다.
▲C&C기술담당 DRAM Cleaning기술팀 최민혁 TLQ. 힘들 때는 언제인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
김진수 TL: 장비에서 발생하는 결함 및 문제 현상에 대해 실제로 보고 판단할 수 있는 부분은 극히 제한적이다. 그렇기에 다양한 방법으로 평가를 진행해 문제 원인을 지속적으로 좁혀가는 과정이 필요하다. 또한, 문제 현상을 혼자 붙잡고 있기보다는 집단지성을 활용해 다양한 시각에서 현상을 바라보며 해결방안을 도출하고자 한다.
최민혁 TL: 공정 이슈에 대한 원인 분석과 해결방안을 찾는 과정이 혼자서는 어려울 때가 많다. 다른 엔지니어들과 소통하며 서로 의견교환을 통해 개선점을 찾고 문제를 해결하고 있다.
박찬범 TL: 반도체 특성상 보이지 않는 영역을 탐구하고 해결해야 한다는 것 자체가 대부분의 구성원이 느끼는 가장 큰 어려움이다. Fab마다 특성과 공정 특색이 달라, ‘One Fab’을 구축하는 과정도 어렵다. 이를 극복하기 위해 유관 부서나 다른 조직의 구성원들과 신뢰관계를 형성하는 것이 매우 중요하다. 팀을 넘어 조직, 회사라는 더 큰 틀의 관점에서 생각하려고 노력하고 있다.
김혜빈 TL: 복잡다단한 반도체 공정의 특성상, 각 공정 간의 연계성과 매개변수의 다양성, 경시성 등으로 인과관계가 1대1로 매칭되지 않을 때가 많다. 이로 인해 해결 방법이 명확하게 도출되지 않을 때 어려움을 느낀다. 데이터를 보면서도 처음 설정한 가설이나 특정 결론에 갇혀버릴 때가 있는데, 주변 동료들에게 조언을 구해 문제를 해결할 수 있었다. 또, 데이터 분석 능력을 향상시키기 위해 통계 프로그램을 배우고 있으며, 반도체 공정 전반적인 이해도를 높이기 위해 mySUNI(SK그룹 주도 구성원 학습 플랫폼), SKHU(SK hynix University, 직무역량 통합교육시스템) 등 사내 교육 프로그램을 적극 활용하고 있다.
▲C&C기술담당 DRAM CMP기술팀 박찬범 TL(왼쪽)
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
김진수 TL: 끝까지 파고들어 난제를 해결했을 때 보람을 느낀다. 장비는 거짓말을 하지 않는다. 결과가 있으면 반드시 원인이 있다는 점이 장비 업무를 하는 데 있어 가장 매력적인 부분이다. 축적된 데이터와 평가 결과로 업무 방향을 정했는데 방향성이 들어맞았을 때 느끼는 쾌감은 장비 엔지니어만 느낄 수 있는 특권이다.
최민혁 TL: 무엇보다 공정 이슈를 클리어했을 때, 또는 공정 개선 아이템이 효과를 보일 때 보람을 느낀다. 여러 엔지니어와의 협업을 통해 다양한 의견을 주고받으며, 내가 미처 생각하지 못했던 부분을 배우며 채워나갈 수 있는 것 역시 직무의 매력 포인트 중 하나라고 생각한다.
박찬범 TL: 연차마다 직무의 매력이 달랐다. 신입 때는 새로운 것을 알아가는 기쁨이 있었고, 그 이후에는 난제 발생 시 여러 가지 변수에 대해 솔루션을 찾아 개선하며 성취감을 느꼈다. 지금은 선후배와 소통하며 시야를 넓혀가는 과정과 현재 팀에 필요한 것을 파악해 불합리를 해결함으로써 팀 전체가 효율적으로 일할 수 있는 분위기를 만드는 과정에서 보람을 느낀다.
김혜빈 TL: 이슈 해결을 위해 개선방안을 적용해 보고, 피드백 과정을 통해 산포와 수율이 개선될 때 뿌듯함을 느낀다. 물론 원하는 결과로 이어지지 않을 때도 있지만 해결방법을 찾아가는 나름의 묘미가 있다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
김진수 TL: 반도체 업무에서 발생하는 대부분의 이슈는 공정과 장비, 둘 중 하나만의 문제로 치부할 수 없기 때문에 각 엔지니어와의 협업이 매우 중요하다. 경력과 연차에 상관없이 모든 구성원이 자유롭게 문제점에 대해 소통하고, 효과적인 해결방안을 도출하기 위해 항상 자유롭게 얘기하는 시간을 갖고 있다. 의견을 제시할 때는 자율성을 부여하지만 의사결정과 업무 절차에 대해서는 명확한 체계와 표준을 정립해 ‘One Team’으로 움직일 수 있는 구조로 운영되고 있다.
최민혁 TL: 젊은 분위기의 수평적인 팀이다. 경력과 연차를 떠나 다양한 구성원의 의견을 존중해주고 소통하는 분위기이다.
박찬범 TL: 늘 변화와 혁신을 통해 업무 환경을 지속적으로 개선하고자 노력하고 있다. 특히 C&C조직은 행복하고 건전한 문화를 형성하기 위해 구성원의 의견을 수렴하고 있으며, 이를 토대로 팀 특색에 맞는 문화를 형성하기 위해 노력하고 있다.
김혜빈 TL: 24시간 가동되는 반도체 Fab이지만 자유로운 유연근무제 문화를 적극 권장하는 분위기다. 개개인이 시간을 효율적으로 활용할 수 있고, 기분 전환(Refresh)에도 도움이 돼 업무 효율이 증대되는 것 같다. 또한 서로 어려운 부분이 있으면 최대한 협력하고 각자의 해결 방법과 노하우를 자주 공유하는 편이다.
▲C&C기술담당 DRAM CMP기술팀 김혜빈 TL
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가?
김진수 TL: 장비 엔지니어는 현장, 협력사, 공정 엔지니어와의 긴밀한 협업이 필수적이다. 명확한 의사 전달력이 필요하다. 장비는 거짓말을 하지 않지만, 그렇다고 답을 알려주지도 않는다. 문제에 대해 끝까지 파고드는 끈기와 열정도 꼭 필요한 자질이다.
최민혁 TL: 열정적인 자세가 필요하다고 생각한다. 모르는 것에 대해 배우고자 하는 의지를 보이면 모든 선배가 하나라도 더 알려주고자 하는 긍정적인 분위기를 가진 팀이다. 열정을 가지고 업무에 임하면 빠르게 업무 스킬을 터득해 뛰어난 엔지니어로 성장할 수 있을 것이다. C&C의 뛰어난 엔지니어가 될 미래의 ‘후배님’들을 기다리고 있겠다.
박찬범 TL: 업무에 대한 열정, 패기 그리고 끈기가 무엇보다 중요하다. 공정의 이슈에 대한 창의적 발상과 문제해결 능력이 뒷받침된다면 전 세계 No.1 반도체 공정 엔지니어로 성장할 수 있을 것이다. 반도체 특성상 유관 부서와의 협업과 소통이 중요한 만큼, 팀 프로젝트를 다양하게 경험해보고 믿고 같이 일할 수 있는 동료들을 만들어본 경험이 업무에 많은 도움이 될 것이다.
김혜빈 TL: 여러 변수를 파악해 참 원인을 찾을 수 있는 유연한 사고를 가지면 좋을 거 같다. 적극적인 자세를 가지고 업무를 배우고 소통하다 보면, 어느새 주체적으로 일하고 있는 자신을 발견하게 될 것이다.
