반도체 공정에서 ‘박막(Thinfilm) 공정’은 웨이퍼(Wafer) 표면에 분자 또는 원자 단위의 물질로 1㎛(마이크로미터) 이하의 매우 얇은 막을 입히는 과정을 의미한다. 이 막은 전기가 통하지 않는 부도체 상태의 웨이퍼가 전기적 특성을 지닐 수 있게 해줘, 이후 공정에서 회로 패턴과 구조가 잘 구현할 수 있도록 도와주는 ‘도화지’ 역할을 한다. SK하이닉스에서 이 업무를 담당하고 있는 조직이 제조/기술담당 산하 Thinfilm기술담당이다.
뉴스룸은 Thinfilm기술담당 구성원 중 청주NAND M11 CVD기술팀, 청주NAND M11 PVD기술팀 구성원들을 만나 현재 맡고 있는 업무 전반과 각 팀에서 바라는 인재상에 대해 들어봤다.
공정 조건에 맞는 얇은 막을 균일하게 증착시키는 ‘Thinfilm 공정’
박막 공정의 목적은 웨이퍼에 전기적 특성을 부여해 다음 공정을 위한 ‘판’을 깔아주는 것이다. 이를 위해 공정 조건에 맞게 박막 두께의 정도, 굴절률(Refractivity), 흡수율(Absorptivity) 등을 계산해 막을 증착하고 있다. 무엇보다 균일한 막을 웨이퍼에 고르게 증착하는 기술이 중요한데, 박막의 균일도에 따라 이후 포토(Photo) 및 식각(Etch) 공정에서 구현되는 회로 패턴의 정밀도가 좌우되기 때문이다.
증착 방식으로는 ‘물리적 기상 증착 방법(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD)’과 ‘화학적 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition, CVD)’이 주로 사용된다.
PVD는 금속판에 물리적 반응을 일으켜 금속 물질을 이온 상태로 웨이퍼에 입히는 기술이다. 이 방식은 저온과 고진공 상태에서 공정이 진행돼 불순물로 인한 오염이 적고, 증착이 빠르다는 장점이 있다. 주로 금속막(Metal Layer)를 증착하는 데 사용하는데, 이 막은 웨이퍼의 전기적인 힘과 신호를 전달하는 역할을 한다.
PVD에는 대표적으로 ‘스퍼터(Sputter)’ 방식이 이용되고 있다. 진공 상태의 챔버(Chamber)에 아르곤 가스를 주입한 후 높은 전압을 걸면 플라즈마(Plasma) 상태가 된다. 이때 마이너스 직류 전압을 걸어 아르곤 원자를 양이온으로 바꾼 뒤 이를 금속판에 충돌시키면 금속 성분이 떨어져 나오는데, 이를 웨이퍼에 증착하는 방식이 스퍼터 방식이다.
CVD는 기체(Vapor)에 열 혹은 플라즈마를 가해 화학반응을 유도한 뒤, 이를 웨이퍼에 증착하는 기술이다. PVD보다 스텝 커버리지(Step Coverage, 박막의 수직-수평 방향 간 증착 비율의 균일도)가 더 높다는 특징이 있다. 주로 절연막(Dielectric Layer)을 증착할 때 사용한다. 또한 포토 공정에서 패턴을 그릴 때 난반사를 제어하는 ARC(Anti-Reflective Coating)를 증착하거나 식각 공정에서의 하부 레이어(Layer)를 보호하기 위한 하드마스크(Hard Mask)를 웨이퍼 위에 올릴 때도 CVD 기술이 활용된다.
CVD는 공정이 이뤄지는 환경적인 조건에 따라 ‘APCVD(Atmospheric Presssure CVD)’, ‘Thermal CVD’, ‘PECVD(Plasma Enhanced CVD)’, ‘HDP-CVD(High Density Plasma CVD)’ 등 총 네 가지 방식으로 다시 분류된다.
APCVD는 대기압 상태에서 증착을 진행하는 방식이다. 처리율(Throughput)이 좋고 장치 구조가 간단하지만, 진공도가 낮아 스텝 커버리지가 나쁜 편이다.
Thermal CVD는 고온 환경에서 열에너지를 이용하는 증착법으로 APCVD 대비 박막의 균일도가 높다. 하지만 증착 속도가 느리고 고온 환경에 따른 위험요소를 고려해야 한다.
PECVD는 플라즈마의 라디칼(Radical, 활성종)로 화학반응에 필요한 활성화 에너지를 감소시켜, 낮은 온도에서 박막을 형성하는 방식이다. 처리율이 높고 스텝 커버리지가 양호한 편이다.
HDP-CVD는 챔버 내에서 증착과 식각을 동시에 진행하는 방식으로, 저압과 고밀도 플라즈마 상태에서 증착이 진행된다. 이 방식은 꺼진 부분(Void)을 갭필(Gap-fill, 공극을 채우는 것)하는 데 활용도가 높다.
“기술혁신을 통해 최고의 양산 기술력 확보” Thinfilm기술담당의 핵심 가치
Thinfilm기술담당 산하에는 증착 업무를 실질적으로 담당하는 CVD기술팀과 PVD기술팀이 FAB별로 이천, 청주에 각각 배치돼 있다. 우시 FAB에서는 CVD와 PVD를 따로 구분하지 않고 Thinfilm기술팀이 관련 업무를 모두 맡고 있다. 여기에 공정 지원 업무를 담당하는 기술혁신팀과 산포개선팀을 더해 총 7개 팀을 운영 중이다.
PVD기술팀에서는 스퍼터 방식뿐만 아니라 반응성 이온식각(Reactive Ion Etch, RIE)1), 다마신(Damascene)2) 방식 등 다양한 방식을 활용해 PVD를 진행하고 있다. 이는 각 공정별로 가장 적합한 박막을 증착하기 위한 노력으로, 최근에는 셀 하부의 금속선(Metal Line)을 안정적으로 형성하기 위한 증착 기술도 개발 중이다.
1) 반응성 이온식각(Reactive Ion Etch, RIE) : 전기가 통하는 길을 만드는 금속 배선 공정 중 하나. 알루미늄(Al) 금속막을 증착시킨 후 포토 공정과 일부 AI 식각을 거친 뒤, 이산화규소(SiO2)의 비금속막을 증착하는 방식.
2) 다마신(Damascene) : 전기가 통하는 길을 만드는 금속 배선 공정 중 하나. 이산화규소(SiO2) 비금속막을 증착해 포토 공정과 식각을 거쳐 패턴을 형성해, 내부에 금속막을 증착한 뒤 CMP(Chemical Mechanical Polish) 공정을 거쳐 각각의 독립된 금속선(Metal Line)을 만드는 방식.
CVD기술팀에서는 HDP-CVD와 PECVD 방식을 활용해 절연막을 안정적으로 증착하는 업무를 수행하고 있다. 이와 함께 후속 공정의 효율을 높이는 데 필요한 ARC 및 하드마스크 증착 업무도 담당하고 있다. 최근에는 박막을 균일하게 만들기 위해 산화막과 질화막을 번갈아 적층하는 기술도 확보 중이다.
두 팀 모두 업무에 특성에 따라 공정 파트와 장비 파트로 역할이 세분화돼 있다. 공정 파트에서는 웨이퍼가 안정적으로 박막에 증착할 수 있도록 공정을 최적화하고 있으며, 공정 결과값(Response Data), 불량 데이터(Defect Data) 등을 분석해 산포를 개선하는 업무도 진행하고 있다.
장비 파트는 장비를 유지관리하고 성능을 개선하는 역할을 맡고 있다. 장비 사용 이력을 관리하며 박막의 불량 이슈(Issue)에 대응하는 업무와 생산 계획에 따라 장비 셋업(Set-Up)을 하거나 이설하는 업무도 장비 파트가 총괄하고 있다.
기술혁신팀은 각 FAB의 장비에서 얻은 다양한 데이터를 활용해 장비를 안정화하는 업무를 담당하고 있다. 산포개선팀은 각 FAB의 공정 산포를 개선하는 업무를 맡고 있다. 두 팀 모두 FAB별로 나뉘어져 있는 팀들을 지원하며, 제품의 수율을 향상하는 데 이바지하고 있다.
이처럼 공정별로 팀이 나뉘어져 있지만, 목표는 하나다. 기술혁신을 통해 최고의 양산 기술력을 확보하는 것. 이를 위해 서로 지속적으로 소통하며 공정 기술을 개선해가고 있다.
[Q&A] Thinfilm기술담당 실무자에게 듣는 직무 Tip
뉴스룸은 SK하이닉스의 Thinfilm기술담당 실무자들을 만나 업무에 필요한 역량과 자질에 대해서도 들어봤다.
▲ 청주NAND M11 PVD기술팀 김현도 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
청주NAND M11 PVD기술팀에서 공정 엔지니어로서 박막의 품질을 높이는 업무를 맡고 있다. 이를 위해 팀에서 진행하는 PVD 공정을 모두 모니터링해 인라인(In-Line, 제조 라인의 각종 작업을 하나의 연속공정으로 처리하는 것)에 이상이 발생하는지 확인하고 있으며, 결함 발생 시 공정 결과값과 불량 데이터를 분석해 원인을 파악하고 산포를 개선하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
PVD 기술을 잘 이해하고 있어야 한다. 반도체 소재의 특성과 진공에서 이뤄지는 물리학적 원리에 대해 공부하면 좋다. 반도체 제조 과정에서도 빅데이터(Big Data)를 활용하고 있기 때문에 툴(Tool) 사용법과 가공한 데이터 해석을 하기 위한 통계적 지식을 갖추는 것도 중요하다.
Q. 힘들 때는 언제인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
생산량 문제와 품질 문제가 상충할 때 가장 큰 어려움을 느낀다. 생산을 무리하게 늘리면 품질에서 이슈가 생기기 때문이다. 이를 해결하기 위해 타 FAB의 백업(Back Up) 평가와 생산량 증대 실험을 통해 생산량을 늘리고, 데이터를 꼼꼼히 관리해 품질 문제가 발생하지 않게 노력하고 있다. 그리고 불량 분석에 활용할 새로운 데이터를 찾으려고 노력 중이다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
문제가 발생했을 때 원인을 찾기 위해 팀원 혹은 유관 부서 구성원과 끊임없이 소통하고 원인을 찾아나가는 과정이 즐겁다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
자신의 의견을 자유롭게 이야기하는 분위기이다. 도움이 필요한 일이 생기면 동료들과 최대한 협력하고, 각자의 의견을 스스럼없이 공유하고 있다. 이렇게 의견을 나누는 과정을 통해 시야가 더 넓어지고 성장하는 것 같다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
책임감과 섬세함이 필요하다. 얇은 막을 다루는 공정을 진행하는 업무 특성상 공정 사고 위험에 자주 노출되는 편이다. 꼼꼼하게 업무를 끝까지 책임지는 자세가 중요하다. 또한 팀 또는 유관부서와 협업이 많은 만큼, 다른 사람과 잘 소통할 수 있는 성격이 유리하다.
▲ 청주NAND M11 PVD기술팀 김민호 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
청주NAND M11 PVD기술팀에서 PVD 공정에 사용되는 티타늄(Ti)와 질화티탄(TiN) 가스를 다루는 장비 업무를 담당하고 있다. 장비를 운용하고 생산량에 맞춰 작업을 관리하는 PM(Project Management) 업무를 진행하고 있으며, 웨이퍼에 불량이 발생했을 시 공정 엔지니어와 협업해 문제를 해결하고 있다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
반도체 장비는 파워, 온도, 압력, 흐름 등의 조건이 여러 상황에 따라 각각 다르게 접목된다. 다방면의 지식을 갖고 접근하는 역량이 필요하다. 학창시절에 전공수업을 통해 기초지식을 잘 쌓아두면 큰 도움이 된다. 또한, 장비의 온도/압력 등 각종 센서에서 모니터링된 파라미터(Parameter)를 통해 얻어진 정보들을 유의미한 데이터로 가공할 수 있는 데이터 분석 역량도 갖추면 장비 파트를 업무를 수행하기에 수월하다.
Q. 힘들 때는 언제인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
장비를 운용하고 문제를 해결하는 과정에서 많은 사람과 협업이 이뤄진다. 실제 라인에서 문제가 발생했을 때 현장과 사무실 간의 원만한 소통이 이뤄져야 상황에 맞는 적절한 조치가 가능해진다. 이에 적절한 상황에 맞는 핵심 정보를 전달하기 위해 SKHU(SK하이닉스 교육 시스템)의 강의와 매주 목요일 제조기술 조직에서 진행되는 강의를 통해 반도체에 관한 역량을 채우고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
새로운 가설을 세워 어려운 난제를 해결했을 때다. 공정 진행 중에 웨이퍼에 문제가 생기면 챔버 내부를 확인할 수 없다. 이에 여러 가지 근거를 바탕으로 가설을 세워 개선해나가고 있다. 과정은 어렵지만 해결한 순간이 가장 짜릿하게 다가온다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
PVD기술팀은 개개인의 의견을 존중하는 열린 분위기이다. 이러한 분위기 속에서 유연한 사고를 갖고 업무를 수행할 수 있었고, 덕분에 업무 효율도 높일 수 있었다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
유연한 사고가 가장 필요한 자질이라고 생각한다. 반도체 제품이 점점 고도화되면서 기존 방식만으로는 문제가 개선되지 않는 경우가 종종 있다. 이럴 때는 처음부터 가설을 세우고 접근해야 해 경직된 사고로는 난제들을 해결하기 어렵다. PVD기술팀에 입사할 신입사원이라면 이 과정을 힘들다고 생각하기보다 하루하루 새로운 문제에 직면하고 배워 전문가가 되는 과정이라고 생각하면 좋겠다.
▲ 청주NAND M11 CVD기술팀 심승욱 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
청주NAND M11 CVD기술팀에서 공정 엔지니어로 일하고 있다. 제조 생산 계획에 따른 공정별 이력을 관리하면서 인터록(Interlock)을 점검하는 역할을 맡고 있다. 다음 세대의 제품이 개발되거나 신규 장비가 이관됐을 때, 유관 부서와 협업을 통해 공정을 셋업하는 것도 주요 업무 중 하나다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
장비 간 데이터 유의차를 정확하게 분석할 수 있는 역량이 반드시 필요하다. 수율 향상을 위해서는 장비 간 물성차가 없는 균일한 박막 증착이 필수 불가결하기 때문이다. 이를 위해 증착이 진행된 이후 수집된 결과값을 빠르게 팀 내 공유를 할 수 있는 분석력을 갖춰야 한다.
Q. 힘들 때는 언제인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
공정에서 문제가 발생했을 때, 정확한 원인을 찾기 어려울 때가 가장 힘들다. 원인을 파악하기 위해 연계 공정 부서와 협업하고 있으며, SK하이닉스 빅데이터 분석 시스템을 적극 활용해 문제에 대해 파악하고 재발 방지를 위해 조건에 맞는 인터록을 구현하고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
혼자의 힘으로 불가능한 일을 협업을 통해 그 이상의 결과를 내는 것이 업무의 매력이다. 공정 엔지니어 특성상 결과값을 통해 유관부서와 협업을 진행할 경우가 많다. 그럴 때마다 타 공정에 대한 지식도 얻고, 문제도 해결하는 두 마리 토끼를 잡으며 업무를 수행하고 있다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
외부에서 바라보는 반도체 제조업의 이미지는 딱딱하다는 것이다. 하지만 CVD기술팀은 신입사원들의 신선한 아이디어를 적극 수용하는 수평적인 조직이다. 개인 여가 생활을 지킬 수 있는 환경으로 워라밸도 잘 갖춰져 있다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
문제를 해결하려는 열정과 도전정신만 있다면 입사 후 어떠한 어려움도 모두 헤쳐나갈 수 있다고 믿는다. 특히 Thinfilm기술담당은 신입사원 교육체계가 잘 갖춰져 있어 점점 성장하는 자신의 모습을 볼 수 있을 것이다.
▲ 청주NAND M11 CVD기술팀 조태욱 TL
Q. 현재 어떤 업무를 맡고 있나?
청주NAND M11 CVD기술팀의 장비 파트에서 일하고 있다. 양산 장비의 안정적인 운용을 위해 PM 계획을 수립하고 있으며, 신규 장비를 셋업 하거나 잉여 장비를 이설하는 업무도 맡고 있다. 또한 장비에서 발생하는 이슈를 검토해 유관 부서와의 협업하며, 문제를 개선하는 업무를 담당한다.
Q. 업무에 필요한 역량은 무엇인가?
장비 파트의 업무를 수행하는 데에는 ‘꼼꼼함’이 중요하다. 장비에서 발생하는 문제를 살펴보면 아주 사소한 부분을 놓쳐서 생기는 경우가 있다. 이런 일이 발생하지 않도록 장비가 잘 운용되고 있는지 섬세하게 확인해야 한다.
Q. 힘들 때는 언제인가? 또 이를 어떻게 극복했나?
장비의 고질적인 문제를 해결하려면 시간과 인력이 많이 소요될 뿐만 아니라 해결 이후에도 무엇이 원인인지 정의하기 힘들다. 이런 문제를 해결하기 위해 장비의 이력과 데이터를 꾸준히 정리하고, 문제 접근방식에 우선순위를 정하고 있다. 이와 함께 생산 라인에 입실해 직접 장비를 보고 만지며 개선해 나가고 있다.
Q. 업무의 매력은 무엇이라고 생각하나?
새로운 장비를 FAB에 셋업하는 업무를 진행한 적이 있다. 무에서 유를 창조하듯이 장비 하나하나를 준비해 무사히 마칠 수 있었다. 이 장비들이 생산에 기여하는 모습을 보고 뿌듯함을 느꼈다.
Q. 팀의 전반적인 분위기는 어떤가?
유연근무제 도입 이후 더 자율적인 업무 환경이 조성됐다. 정해진 기준 내에서 탄력적으로 업무를 볼 수 있어 일과 생활의 균형을 잘 맞출 수 있다.
Q. 이 업무에 필요한 신입사원의 자질은 무엇인가? 미래의 후배들에게 전하고 싶은 메시지가 있다면?
배우려는 의지와 성실한 모습만 보여주면 좋을 것 같다. 입사를 준비하기까지 해온 노력과 경험이 업무를 수행하는 데 밑바탕이 될 것이다. 자신감을 갖고 앞으로 나아가길 바란다.
