지구의 날을 맞아, KLA는 환경적 영향 감소 방안을 지속적으로 모색하는 고객사와 파트너사의 노력에 대한 감사를 표합니다. 반도체 업계 기업들이 물 재활용, 재생에너지 사용, 배출가스 저감, 효율적인 건물 설계 등 다양한 시책을 통해 환경발자국 축소에 주력하고 있습니다. 또한 반도체 칩 제조업체들은 지속적인 개선 프로그램을 채택하여 운영을 최적화하고 공급망과 협력하여 반도체 공장에서 사용되는 자원을 절감합니다

배경

반도체 공장은 반도체 칩 생산을 위해 실리콘 웨이퍼를 비롯하여 특수 재료를 정밀하게 가공하여 반도체 칩의 기능을 결정하는 트랜지스터와 커넥터를 형성하는 나노스케일 패턴을 생성합니다. 웨이퍼가 반도체 공장에 들어간 후 처리가 완료될 때까지는 약 4~6 주 소요되며, 그 동안 1,000 개의 공정 단계를 거치게 됩니다. 각 단계에는 반도체 칩이 기능적, 안정적이며 전력 및 성능 사양을 충족하도록 엄격한 품질 표준을 충족해야 하는 공정 설비와 재료가 포함됩니다. 이러한 공정 중 한 가지라도 문제가 발생하면 성능 저하, 기능 불일치, 반도체 칩 완전 불량이 발생할 수 있습니다. 품질 표준을 충족하지 못하는 반도체 칩은 폐기됩니다.

반도체 칩 제조를 위해서는 에너지, 웨이퍼, 화학물질 및 기타 자원이 필요합니다. 환경적 관점에서 모든 공정 단계가 엄격한 품질 기준을 충족하여 웨이퍼 폐기를 방지하고 웨이퍼 재작업을 줄이는 것이 중요합니다. 바로 이 부분 때문에 공정 제어가 중요합니다. 검사 및 계측 시스템을 통해 공정 단계 후 웨이퍼를 측정하고 반도체 칩 성능, 신뢰성, 기타 품질 문제를 유발할 소지가 있는 문제가 있는 결함이나 변동을 찾습니다. 공정 문제를 조기에 식별하면 반도체 공장에서 신속한 수정 조치를 취하여 웨이퍼 폐기 및 재작업을 줄이고, 궁극적으로 자원 소비를 줄일 수 있습니다.

반도체 공장들은 환경적 영향을 더욱 감소시키기 위한 창의적인 방안을 모색하며 공정제어 해결책을 업그레이드하여 더 많은 역량을 확보하고 추가 검사 및 계측 단계를 더하고 있습니다. 이러한 친환경적인 공정제어 계획은 제품 폐기 및 자원 소비를 감소시킵니다.

친환경 계획 1: 개선된 공정제어 성능

공정제어는 반도체 공장 엔지니어가 생산 웨이퍼 처리 결정을 내리고 공정 문제를 해결하는 데 필요한 데이터를 제공합니다. 예를 들어, 현상 후 검사(after-develop inspection: ADI) 데이터에서 특정 리소그래피 패터닝 공정 이후 패터닝된 웨이퍼에서 여러 가교 결함(bridging defects)이 확인되는 경우  리소그래피 엔지니어는 몇 가지 수정 조치를 취합니다. 문제가 생긴 웨이퍼를 돌려 보내서  리소그래피 단위공정을 통해 재작업이 이루어지도록 하고, 근본적 공정 문제 해결을 위해  리소그래피 단위공정을 통한 생산을 중단합니다. 이러한 조치를 통해 문제가 생기거나 잠재적으로 폐기되는 재료의 양을 제한할 수 있습니다.

이러한 과정이 효과적으로 되기 위해서는 공정제어 측정의 품질이 중요합니다. 검사 또는 계측 설비의 검출 속도가 더 낮거나 총측정불확도(total measurement uncertainty: TMU)가 더 높은 경우 공정 이상이 잘못 표시되어 불필요한 재작업을 위해 웨이퍼가 전송되어 에너지와 화학물질이 추가로 소비되고 추가 폐기물이 생성될 수 있습니다. 또는 측정에서 실제 공정 이상이 식별되지 않는 경우 제품 수율[JYC1] 에 부정적인 영향을 미치고 더 많은 다이[JYC2] 가 폐기되어 환경에 피해를 끼칩니다.

다음 사례에서는  리소그래피 단위공정에서 두 개의 서로 다른 계측 시스템에 의해 생성된 데이터가 환경에 미치는 영향을 살펴봅니다. 더 나은 측정 성능을 지닌 계측 시스템 B를 구현하면 공정제어 데이터의 품질이 향상되어 리소그래피  엔지니어가 더 나은 공정 결정을 내릴 수 있습니다.

더 나은 성능의 계측 시스템을 구현하면 전력과 물을 절약할 수 있고, 이에 따라 소비되는 감광재 및 청정 화학물질의 양이 감소합니다.

친환경 계획 2: 조기 이상 탐지

이와 함께 반도체 공장에서는 검사 및 계측 단계를 추가하여 공정 이상을 줄이고 있습니다. 여기에서는 양산 반도체 공장에서 검사 설비를 배치하는 두 가지 방법을 소개합니다. 첫 번째 경우는 모듈 시작과 끝에서 로트를 검사하고 그 사이에 네 개의 공정 단계를 배치합니다. 첫 번째 검사 직후 수율 손실을 초래하는 공정 이상이 발생해도 웨이퍼의 여러 공정 단계가 진행되며 이상이 검출되기 전에 많은 로트가 진행되어서는 안될 공정을 거치게 됩니다.

두 번째 경우, 검사 지점이 두 개의 공정 단계 사이로 설정됩니다. 이렇게 설정하면 첫 번째 검사 이후 발생하는 공정 이상이 2일 더 빨리 검출되어 수정 조치에 걸리는 시간이 훨씬 빨라지고 수율 손실과 재료 낭비가 크게 줄어듭니다.

공정 이상 검출에서 이런 이틀 차이는 낭비를 줄이고 상당한 자원을 절약할 수 있습니다. 더 많은 공정 단계를 샘플링하여 이러한 환경적 이점을 얻는 동시에, 웨이퍼에서 더 많은 부분을 샘플링하고, 로트 당 더 많은 웨이퍼를 샘플링하며, 더 많은 로트를 샘플링하는 방법으로 공정 이상을 더 빨리 검출하고 환경 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 위험 및 수율 손실 관련 비용을 신중히 분석하고 그 결과가 추가 샘플링 비용과 균형을 이루면 최적의 샘플링 전략이 달성됩니다.

결론

반도체 제조업체가 환경 성능에 더 집중함에 따라, 수율 관리는 반도체 공장의 환경 영향 감소에 도움이 되는 중요한 도구 역할을 합니다. 반도체 공장들은 더 높은 품질의 검사 및 계측 시스템, 최적의 공정제어 샘플링 및 빠른 학습 주기를 구현하여 여러 가지 환경적 이점을 얻을 수 있습니다. 포괄적 공정제어 해결책은 반도체 칩 제조업체의 수율을 개선할 뿐 아니라 폐기 및 재작업을 줄여 반도체 공장이 환경에 미치는 전반적인 영향을 감소시킵니다.

원본링크: https://www.kla.com/advance/innovation/kla-helps-fabs-go-green