초미세 반도체 구조를 조각하는 사람들 _Etch기술담당

웨이퍼가 반도체로 탄생하기 위해서는 수백 개의 공정을 거쳐야 한다. 그중에서 '식각(Etch)'은 마치 조각가처럼 회로를 깎아 미세한 반도체의 패턴을 형성하는 공정이다. 식각 공정이 성공적으로 진행되기 위해서는 여러 공정 변수를 정해진 산포 내에서 유지/관리하고 각 장비를 최상의 상태로 가동될 수 있도록 준비하는 것이 중요한데, 이를 담당하고 있는 조직이 제조/기술담당 산하 Etch기술담당이다.

뉴스룸은 Etch기술담당 구성원 중 이천 DRAM Front Etch 기술팀, 이천 DRAM Middle Etch 기술팀, 이천 DRAM End Etch 기술팀 구성원들을 만나 직무 전반과 각 팀에서 바라는 인재상에 대해 들어봤다.

Etch기술담당의 목표는 ‘공정 및 장비 개선 통한 생산성 향상’

반도체 공정에서 식각(Etch) 공정의 역할은 플라즈마(Plasma)로 증착된 막질(Film)에 패턴을 새겨 각 공정별 최종 형태(Profile)를 만드는 것이다. 최종 목적은 어떤 조건에서도 설계(Layout) 그대로 정확하게 형태를 구현하는 것, 그리고 그 결과물을 균일하게 유지하는 것이다.

증착 공정이나 포토 공정은 문제가 발생하면 선택적 식각 작업을 통해 해당 영역만 제거할 수 있지만, 식각 공정은 한 번 잘못되면 되돌릴 수 없다. 패턴 형성을 위해 깎아낸 자리에 같은 물질을 다시 채워 넣는 것은 불가능하기 때문. 식각 공정의 성패에 따라 수율과 품질이 결정될 정도로 전체 반도체 생산 공정에서 중요한 역할을 맡고 있다.

식각 공정은 ISO – BG – BLC – GBL – SNC – M0 – SN – MLM의 총 8단계로 구분할 수 있다.

먼저 ‘ISO(Isolation) 공정’에서 웨이퍼의 실리콘(Si)을 식각해, 반도체 셀(Cell)의 액티브 영역을 생성하면, ‘BG(Buried Gate) 공정’에서 워드라인(Word Line)1)과 전자의 이동 채널이 만들어질 수 있는 게이트(Gate)를 구현한다. 이어 ‘BLC(Bit Line Contact) 공정’에서 셀 영역에 ISO와 비트 라인(Bit Line)2)의 연결점을 만든 뒤, ‘GBL(Peri Gate + Cell Bit Line) 공정’에서 셀의 비트 라인과 페리(Peri)3) 영역의 게이트를 동시에 형성한다.

‘SNC(Storage Node Contact) 공정’에서는 셀의 액티브 영역과 스토리지 노드(Storage Node)4) 간의 연결점을 구축하는 작업이 이뤄진다. 이어 ‘M0(Metal 0)’ 공정에서는 페리 영역 S/D(Source/Drain)5)의 연결점, 비트 라인과 스토리지 노드 간의 연결점이 각각 형성된다. 이후 ‘SN(Storage Node) 공정’에서 셀 영역의 캐퍼시티(Capacity)가 완성되면, ‘MLM(Multi Layer Metal) 공정’에서 외부 공급 전원과 내부 배선을 형성하는 것을 끝으로 전체 공정이 마무리된다.

Etch기술담당은 반도체의 최종 패턴을 형성해주는 곳인 만큼 각 공정별로 관리·분석 체계를 효율화하고 구성원의 전문성을 높이기 위해 전체 프로세스를 크게 △Front Etch(ISO, BG, BLC) △Middle Etch(GBL, SNC, M0) △End Etch(SN, MLM) 등 세 단계로 구분해 팀을 구성했다. 또한 업무 특성에 따라 각 팀 내에서 공정 파트와 장비 파트로 역할을 다시 세분화했다.

공정 파트는 각 단위 공정을 관리하고 개선하는 역할을 한다. 각종 변수를 관리하며 공정 진행 조건을 최적화하고, 이를 통해 수율을 높이고 품질을 개선하는 것이 파트의 핵심 업무다.

장비 파트는 장비 오류(Error) 없이 공정이 진행될 수 있도록 장비를 유지관리하고, 장비의 성능을 개선하는 업무를 담당한다. 모든 장비들이 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 하는 것이 이 파트의 핵심 업무다.

각 공정별로 구분돼 팀이 나뉘어져 있지만, 목표는 동일하다. 공정과 장비를 효율적으로 관리하고 개선해 생산성을 향상시키는 것. 이를 달성하기 위해 각 팀의 성과와 개선점을 공유하고 있으며, 더 나은 업무 성과를 창출하기 위해 담당자 간 협업이 활발하게 이뤄지고 있다.

1) 워드라인(Word Line): 트랜지스터의 소스 부분에 연결되는 선으로, 읽기와 쓰기를 담당.
2) 비트 라인(Bit Line): 트랜지스터 게이트를 지나가는 선으로, 이 라인에 일정 이상의 전압이 가해지면 트랜지스터가 켜지는데(ON) 이 상태는 데이터를 읽거나 쓰기 위한 준비가 완료된 상태임을 의미.
3) 페리(Peri): 셀 작동을 관장하는 주변부 회로.
4) 스토리지 노드(Storage Node): DRAM에서 데이터를 저장하는 공간으로, 특히 데이터 저장을 위한 유전체의 하부 전극을 의미.
5) S/D(Source/Drain): 전자를 내보내는 전극(Source)과 전자를 받아내는 전극(Drain).

반도체 미세화에 따른 난제 해결 위해 합심해 혁신

▲SK하이닉스가 최근 양산을 시작한 10나노급 4세대(1a) 8Gbit LPDDR4 제품

반도체 회로 패턴은 현재 1anm(4세대 10나노미터급 제품) 수준에 도달해, 하나의 DRAM 제품에 약 1만 개의 단위 셀이 들어갈 수 있을 만큼 미세화가 이뤄졌다. 이에 따라 식각 공정에서도 공정 마진이 부족해지는 상황에 놓이게 됐다.

일반적으로 너무 작게 정공(Hole)6)을 형성하면 그 아래가 막히는 ‘Not Open’ 현상이 발생하고 반대로 너무 크게 정공을 형성하면 정공과 정공 사이의 간격이 모자라 이후 공정이 진행되는 과정에서 정공끼리 붙는 ‘Bridge’ 현상이 문제가 된다. 반도체가 미세화될 수록 이러한 현상을 모두 피할 수 있는 정공의 값의 허용치가 갈수록 좁아지는 추세다.

Etch기술담당에서는 이를 해결하기 위해 공정 레시피(Recipe)와 자동조절프로그램(APC)7) 알고리즘을 수정하고 ADCC8), LSR9)과 같은 신규 식각 기술을 도입하는 등 여러 개선 활동을 지속하고 있다.

또 다른 어려움으로는 고객들의 니즈가 다양해지면서 생겨난 ‘다품종 생산’ 트렌드를 꼽을 수 있다. 고객의 요구사항을 반영하려면 제품마다 최적화된 공정 조건을 따로 설정해야 하는데, 엔지니어 입장에서는 사전에 주어진 조건과 진행 공정의 다양성을 모두 만족시킬 수 있는 양산 기술을 확보하는 것은 쉽지 않은 일이다.

Etch기술담당에서는 이를 위해 ‘APC Offset’10) 기법을 도입해 핵심 제품(Core Product) 기준으로 다양한 파생 제품을 관리하는 한편, 모든 제품을 통합 관리할 수 있는 ‘T-index System’을 구축, 활용하는 등 다품종 생산에 적합한 방향으로 시스템을 바꿔가고 있다.

6) 정공(Hole): 반도체 속에서 가전자대에 있는 전자의 이동으로 생기는 비어 있는 전자의 준위.
7) 자동조절프로그램(Advanced Process Control): 각 공정 별 가변 변수를 설정된 계산식에 따라 자동으로 조절하는 프로그램.
8) ADCC(Active DC Control): DC 제어기 가변을 통해 장비 진행시간(RF Time)에 따른 경시성을 제어하는 기능.
9) LSR(Lam Spectral Reflectometer): 웨이퍼의 중심부에 빛을 쏴서 반사되는 각도에 따라 식각된 깊이를 계산, 추정해 식각 양을 조절하는 방식.
10) APC Offset: 특정 제품(보통 핵심 제품)을 기준으로, 제품 간 반응 실적치를 바탕으로 일정 기준 차이를 두고 가변을 따라가는 자동조절프로그램.

“꼼꼼한 분석 역량과 유연한 사고방식 갖춰야…넓은 시야와 소통 능력도 필요”

▲ 이천 DRAM Front Etch 기술팀 김하나 TL

Q. 현재 소속된 팀에서 수행 중인 업무에 필요한 역량은 무엇인가?

김하나 TL: 공정 엔지니어로 계측된 데이터를 초석으로 산포 개선 및 수율/생산성 향상을 위한 업무 평가를 진행하고 있다. 많은 연계 공정을 거쳐 만들어진 하드마스크(Hard-mask)11)로 식각을 진행하기 때문에 꼼꼼하고 정확한 분석력이 필요하다. 식각 공정에서 최종 반도체 패턴을 결정해야 하는 만큼 연계 공정 중 변경점이 발생하는 경우가 빠른 대처도 중요하다. 이때 반도체 공정에 대한 전반적인 이해와 연관된 데이터에 대한 정확한 분석이 시너지를 발휘한다면 완성도 있는 패턴을 형성하는 데 큰 도움이 될 것이다.

11) 하드마스크(Hard-mask): 식각 시 감광액(Photoresist)만으로는 마진 부족으로 하부층을 식각하기 어려워, 감광액 증착 전 사용하는 식각 선택비가 높은 물질.

Q. 평소 업무 역량을 향상시키기 위해 어떤 노력을 하나?

김하나 TL: 개인적으로는 공정 엔지니어로서 부족한 장비 파트나 원리에 대한 이해를 높이기 위해 SKHU(SK hynix University, 직무역량통합교육시스템)이나 실습 교육 등 Etch기술담당 내 특화된 교육 프로그램을 통해 공정과 장비의 융합형 엔지니어가 되기 위해 노력하고 있다. 팀 내부적으로는 개선활동들을 지속적으로 공유하며 담당 공정 이외에도 폭넓은 시각을 가지고 업무를 진행할 수 있도록 주기적인 교육을 진행하고 있다.

Q. 업무 중 보람을 느낄 때는 언제인가?

김하나 TL: 공정 진행 조건 변경을 통해 수율이 개선될 때 보람을 느낀다. 식각 공정은 수율과 직결되는 핵심 공정이라는 자부심이 있지만, 작은 오류가 수율에 치명적이라는 부담감을 느낄 때도 있다. 그래서인지 완성도 있는 웨이퍼를 무사히 후속 공정으로 넘겼을 때 뿌듯함을 많이 느낀다.

Q. 조직과 팀의 전반적인 분위기는 어떠한가?

김하나 TL: 제조/기술담당 산하에 쉬운 일은 하나도 없지만, 그 중에서도 식각 공정은 유난히 난도가 높다고 생각한다(웃음). 하지만 관리하는 장비와 공정 단계가 많은 만큼 소속 구성원도 많은 편이며 협업을 위해 많은 소통을 하게 돼 친밀감이 굉장히 잘 형성돼 있는 팀이라 자부할 수 있다. 그래서 휴가 등으로 빈자리가 발생할 경우 체계적으로 서로 채워주고, 고민거리를 털어놓고 이야기하며 힘을 얻을 때가 많다.

Q. 해당 업무에 요구되는 신입사원의 자질과 경험이 있다면 소개해달라.

김하나 TL: 도전정신과 반도체를 향한 열정을 겸비하면 좋을 것 같다. 미세화가 진행됨에 따라 공정에 여러 문제점이 발생하고 있어 과감하고 새로운 시도가 필요한 시점이다. 변화에 유연하게 대처할 수 있는 적응력도 갖추고 있으면 큰 도움이 될 것 같다.

Q. 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면 한 마디 해달라.

김하나 TL: 처음 팀에 왔을 때 다들 어렵고 힘들다고 하는 이 업무를 잘할 수 있을지 걱정이 많았다. 하지만 친절하고 좋은 선배들 덕분에 많이 성장하고 업무에 재미도 느끼고 있다. 그런 선배들처럼 후배들에게 멋진 선배가 돼 줄 수 있도록 열심히 준비하고 있겠다. 후배들을 만날 날이 정말 기다려진다.

▲ 이천 DRAM Middle Etch 기술팀 유태희 TL

Q. 현재 소속된 팀에서 수행 중인 업무에 필요한 역량은 무엇인가?

유태희 TL: 장비 엔지니어로서 장비 유지 관리 및 보수, 신규 장비의 셋업(Set-up), 이설 장비의 철거 업무 등을 담당하고 있다. 장비 엔지니어의 가장 중요한 업무는 최적화된 조건에서 공정이 진행될 수 있도록 장비 상태를 유지하는 것이다. 장비가 항상 일정하게 가동되면 좋겠지만 장비의 상태는 수많은 변수에 의해 시시각각 변한다. 그렇기 때문에 다양한 각도에서 문제를 바라볼 수 있는 시야가 필요하다.

Q. 평소 업무 역량을 향상시키기 위해 어떤 노력을 하나?

유태희 TL: 수많은 전산 프로그램을 사용하다 보니 업무 중 모니터에 띄워 놓는 프로그램만 십여 개다. 아직 익숙하지 않고 사용해보지 못한 기능들이 많이 있는데, 선배들에게 ‘꿀팁’을 많이 전수받고 있다. SKHU에도 쉽게 접근 가능하고 강사진도 뛰어나 교육 영상을 틈틈이 시청하고 있다. 또한 팹에서 발생한 문제가 다른 공정에서 동일하게 재발하지 않게끔 표준업무절차(SOP, Standard Operation Process)를 매주 팀원들과 함께 공유하고 공부하고 있다.

Q. 업무 중 보람을 느낄 때는 언제인가?

유태희 TL: 직접 장비 위치 선정부터 최종 하드웨어 셋업(Setup)까지 완료한 장비가 생산에 기여하게 될 때 큰 보람을 느낀다. 셋업 시에는 크고 작은 변수들이 발생하는데, 이러한 변수들을 모두 해결한 장비가 양산에 이관돼 제 역할을 하는 것을 직접 눈으로 볼 때 가장 뿌듯하다.

Q. 조직과 팀의 전반적인 분위기는 어떠한가?

유태희 TL: 식각 공정은 반도체 전체 공정 중 큰 비중을 차지하는 어려운 공정이라는 자부심이 있다. 그만큼 모두 책임감을 갖고 업무에 임하다 보니, 역동적이고 활발한 분위기다. 그리고 이러한 활발한 분위기는 퇴근 후 주어진 달콤한 개인 시간으로 보충될 수 있다는 우리 팀의 신념에서 비롯되다 보니 자연스럽게 워라밸이 좋다.

Q. 해당 업무에 요구되는 신입사원의 자질과 경험이 있다면 소개해달라.

유태희 TL: Etch기술담당은 다른 조직에 비해 규모가 크고 인원도 많은 편이다. 실제 업무를 해보면 독자적인 업무보다는 다른 파트 또는 다른 팀과 협업하며 진행하는 업무가 대부분이다. 서로 소통하며 아이디어를 도출하고, 이를 적용해 개선 업무를 진행한다. 다양한 팀 프로젝트 경험이 있다면 많은 도움이 될 것이다. 꼭 리더로서의 경험과 자질만 필요한 것은 아니다. 믿고 같이 일할 수 있는 팀원이 있어야 리더와 팀이 빛날 수 있다. 어느 위치에서나 주어진 역할에 성실하게 임하는 자세가 중요하다.

Q. 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면 한 마디 해달라.

유태희 TL: 코로나19 여파로 취업을 준비하는 데 많은 어려움을 겪고 있겠지만, SK하이닉스에서 함께 일할 수 있는 날이 오길 응원하고 싶다.

▲ 이천 DRAM Middle Etch 기술팀 김민호 TL

Q. 현재 소속된 팀에서 수행 중인 업무에 필요한 역량은 무엇인가?

김민호 TL: 생산성 및 수율 극대화를 위해 공정 조건 최적화 및 데이터 분석 업무를 하고 있다. 최적의 공정 조건을 설정하기 위해서 수없이 많은 테스트를 진행하는데, 테스트 결과가 예상과 다르게 나올 때가 많다. 이때 초기에 설정한 가설이나 이론에 갇혀버리면 이후 방향 설정 시 어려움을 겪을 수 있다. 그래서 유연한 사고를 가지고 현상을 파악하고 해결책을 모색하는 자세가 중요하다.

Q. 평소 업무 역량을 향상시키기 위해 어떤 노력을 하나?           

김민호 TL: 최신 기술에 대한 숙지도 중요하지만, 요즘 그만큼 중요하게 여겨지는 것이 데이터 활용이다. 공정을 진행하면서 발생하는 장비 데이터, 그에 따른 결과로 보이는 반응 데이터 등 무수한 데이터 속에서 상관관계를 찾고 어떻게 상호작용을 하는지 찾아내는 것이 점점 중요해지고 있다. 이에 통계 이론들을 공부하며 분석에 활용해 보려 노력하고 있다.

Q. 업무 중 보람을 느낄 때는 언제인가?

김민호 TL: 장기 테스트가 많은 편인데, 단기 테스트와는 달리 실험 설계뿐만 아니라 결과가 도출될 때까지 과정도 꾸준히 신경 써야 한다. 들인 공이 많으니 그와 비례해 문제가 해결될 때의 보람도 크다. 그 와중에 같은 조건으로 테스트를 하더라도 사전/사후 공정의 영향으로 같은 결과가 나온다는 보장이 없다 보니 다양한 현상들을 예측하며 해결해 나가는 묘미가 있다.

Q. 조직과 팀의 전반적인 분위기는 어떠한가?

김민호 TL: 수평적 문화를 갖추고 있다. 누구나 자기 의견을 표현하는 데 어려움을 느끼지 않고 소통도 원활하다. 업무에 있어서는 누구보다도 치열하지만, 그 외적인 부분에서는 서로 존중하고 배려해주는 분위기가 형성돼 있다. 팹(FAB)은 24시간 내내 가동 중이기 때문에 업무상 책임져야 할 영역이 넓다. 그러다 보면 누구나 중요하게 생각하는 일과 삶의 균형이 무너질 수 있지만, 평소 서로의 업무에 관심을 갖고 소통하며 존중하는 분위기가 조성되다 보니, 퇴근 후 일과 개인의 삶을 분리할 수 있도록 챙겨주고 배려하고 있다.

Q. 해당 업무에 요구되는 신입사원의 자질과 경험이 있다면 소개해달라.

김민호 TL: 다양하게 배우는 것을 추천한다. 업무를 하다 보면 정말 상관없다고 생각했던 배움도 유용하게 쓰는 일이 많다. 학부 때 배웠던 프로그래밍 언어가 그랬고, 제어 공학도 유용하게 쓰고 있다. 반도체와 무관하다고 생각했는데 의외로 잘 활용하고 있다.

Q. 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면 한 마디 해달라.

김민호 TL: 낯설고 새로워 보이는 일을 마주쳤을 때, 어떻게 받아들일지를 고민해보면 좋을 것 같다. 같은 업무를 반복한다고 생각할 수 있지만, 새로운 환경에 노출될 때가 많다. 주변의 도움을 받을 수도 있고 혼자 고민해서 해결할 수도 있다. 다양한 방법들이 있지만, 최종 선택은 스스로 하는 만큼 적극적인 자세로 헤쳐나가길 바란다.

▲ 이천 DRAM End Etch 기술팀 이재용 TL

Q. 현재 소속된 팀에서 수행 중인 업무에 필요한 역량은 무엇인가?

이재용 TL: Etch공정의 마지막을 맡고 있는 만큼 다양한 변수가 발생하더라도 최적의 공정 환경을 조성해 동일한 결과물을 만들어내는 역할을 하고 있다. 따라서 특이사항이 발생하더라도 당황하지 않을 침착함, 여러 변수를 두루 파악하고 문제의 원인을 찾을 수 있는 넓은 시야, 그리고 주도적으로 피드백하고 개선 방안을 제시하기에 적합한 소통 능력이 필요하다.

Q. 평소 업무 역량을 향상시키기 위해 어떤 노력을 하나?

이재용 TL: 제조/기술 업무의 특성상 안정적으로 공정을 진행하는 것만으로도 업무를 잘 수행하고 있다고 볼 수 있다. 이를 위해 매사에 꼼꼼히 확인하는 습관을 가지려고 노력하는 편이다. 공정기술과 장비기술은 상호호환적인 관계이므로 공정을 잘 이해하는 것도 중요하지만, 장비에 대한 지식도 두루 갖춰야 함에 평소 관련 장비에 대한 공부도 틈틈이 하고 있다. 따라서 팀에서는 공정파트와 장비파트 구성원 간 상시적인 로테이션을 통해 양쪽 분야에 대한 기초 지식을 두루 갖출 수 있는 기회를 제공하고 있다.

Q. 업무 중 보람을 느낄 때는 언제인가?

이재용 TL: 식각 공정이 반도체의 꽃이라는 별명이 있을 정도로, 수율을 좌우하는 경우가 많다 보니 개선해야 할 과제들이 많다. 그 과제들을 하나씩 해결해 나갈 때 가장 보람을 느낀다. 난관을 돌파하며 문제를 해결했을 때 느낄 수 있는 보람이 이 업무의 매력인 것 같다. 개선 과정을 공유함으로 내 성과가 다른 구성원들에게도 긍정적인 영향을 미친다고 느낄 때도 뿌듯하다.

Q. 조직과 팀의 전반적인 분위기는 어떠한가?

이재용 TL: 수많은 난제들이 앞을 가로막고 있는 팀인 만큼, 팀 자체는 똘똘 뭉쳐 있다. 보통 일이 어려우면 사람이 좋다고 하는데, 맞는 얘기인 것 같다(웃음). 서로 미루지 않고, 문제가 발생했을 때 머리를 맞대며 같이 해결할 생각부터 한다. 더불어 공정 난이도가 어려운 만큼 새로운 기술 도입이 가장 선행되는 팀이다 보니 면학 분위기까지 조성돼 함께 성장하는 모습을 바라보는 재미도 있다.

Q. 해당 업무에 요구되는 신입사원의 자질과 경험이 있다면 소개해달라.

이재용 TL: 먼저 배우려는 의지가 필요하다. 업무에 투입되면, 사용하는 도구(Tool)만 20개가 넘는다. 눈치 보지 말고, 궁금한 것은 누구도 좋으니 붙잡고 물어봐야 한다. 친절한 답변으로 돌아올 것이다. 넓은 시야도 필요하다. 팀 특성상 업무가 생산, 수율, 생산 효율, 전산 등 여러 분야로 나뉘어져 있어, 두루 관심을 갖고 배워야 하기 때문이다. 차분함도 중요한 자질이다. 어떤 상황에서도 최대한 침착하게 대처할 수 있어야 한다. 여기에 ‘문제를 해결할 수 있다’는 긍정적인 사고방식까지 갖추고 있으면 금상첨화일 것 같다.

Q. 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면 한 마디 해달라.

이재용 TL: 반도체 제작의 최전방에서 다양한 경험을 쌓고 싶다면, ‘반도체의 꽃’ 식각에서 시작하자!