반도체 웨이퍼 제작공정에 대해 설명해보세요.

반도체는 크게 다이오드, 트랜지스터, IC(Integrated Circuit : 직접회로)등 여러 가지가 있는데 전자제품을 만드는 기본 요소가 된다고 해서 보통 반도체 소자라고 부른다. 다이오드(Diode)는 가장 간단한 반도체 소자로 P - N접합으로 되어있고 교류를 직류로 바꾼다거나 전파에서 소리를 끄집어내는 검파 작용을 한다.

트랜지스터는 PNP 또는 NPN 식이 있으며 작은 신호를 크게 하는 증폭작용을 한다. 이러한 개별 소자와는 달리 소자들을 모아 놓은 집적회로는 저장 또는 기억과 연산의 역할을 한다. 트랜지스터나 다이오드를 개별소자라고 부르는 것에 비해 소자들을 모은 반도체를 집적회로라고 한다. 집적회로는 플래너(Planar ) 기술이 개발된 이래 눈부시게 발전하였다. 플래너 기술이란 웨이퍼라고 하는 평평한 반도체판 표면에 트랜지스터 등의 소자를 새겨 넣는 것을 말한다. 이 집적회로 기술에는 사진기술이 밀접하게 연관되어 있다. 인화지에 해당하는 웨이퍼 위에 필름 역할을 하는 마스크를 놓고 빛 대신 자외선을 쬐어 아주 정밀하고 복잡한 회로를 새겨 넣는 것이다. 이러한 집적회로는 정보의 저장과 연산 등의 역할을 한다. 그럼 반도체의 제작 공정에 대해서 알아보도록 하자.

반도체는 최초 웨이퍼 제작에서부터 최종 완제품까지 크게 4가지 공정으로 구별할 수 있다. 즉 Silicon원석에서 웨이퍼를 제작하는 웨이퍼 제조공정, 제조된 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼 표면에 집적회로를 형성하는 웨이퍼 가공공정, 가공된 웨이퍼로 Chip을 제작하는 Package조립공정 및 Package를 Module에 부착하여 완전한 기능을 하는 제품으로 제작하는 Module조립공정으로 나눌 수 있다. 각 제조 공정별 세부공정설명은 다음과 같다.

① 단결정 성장(Crystal Growing)

단결정 성장은 실리콘 웨이퍼 제조를 위한 첫번째 공정이다. 고순도의 일정한 모양이 없는 폴리 실리콘이 고도로 자동화된 단결정 성장로 속에서 단결정봉으로 변형된다. 고진공 상태에서 섭씨 1400도 이상의 고온에 녹은 폴리 실리콘은 정밀하게 조절되는 조건하에서 큰 직경을 가진 단결정봉으로 성장한다. 이와 같은 성장과정이 끝나면, 단결정봉은 실내온도로 식혀지고 각각의 단결정봉이 여러 조건에 부합되는지를 평가하게 되고, 단결정봉은 부분별로 가공되어 정확한 직경을 갖게 된다.

② 절단(Shaping)

절단에서는 실리콘 단결정봉을 웨이퍼, 즉 얇은 슬라이스로 변형시키는 공정이다. 단결정 조직이 정확하게 정렬되도록 단결정봉을 흑연빔에 놓은 다음 고도의 절삭 기술을 사용하여 실리콘 단결정봉을 웨이퍼로 바꾸게 된다. 절삭작업을 거치는 동안 웨이퍼의 가장자리 부분은 매우 날카롭고 깨지기 쉽게 되므로 세척과정을 거친 후 정확한 모양과 치수로 가공해 손상에 영향을 덜 받게 한다. 그 다음, 이 웨이퍼들은 조연마 과정을 거쳐 표면이 평탄하고 두께가 일정하게 되어 표면의 질이 높아지게 된다.

③ 경면연마(Polishing)

웨이퍼를 평탄하고 결함이 없도록 만드는 일은 대단히 중요한 일이다. 이 목적을 이루기 위해 경면연마 공정에서 여러 가지 단계를 거치게 된다. 뿐만 아니라, 웨이퍼의 특질을 높이는 다른 작업들이 바로 이 부분에서 이루어진다. 조연마 과정을 거친 웨이퍼는 식각 공정을 거치면서 추가적인 표면 손상을 제거하고, 공정을 정밀하게 통제하는 완전 자동화된 장비로 가장자리 부분과 표면이 경면연마 된다. 그 결과 얻어지는 웨이퍼들은 극도로 평탄하고 결함이 없는 상태이다.

④ 세척과 검사 (Cleaning & Inspection)

세척 부문에서는 경면연마 과정을 거친 웨이퍼의 표면에 있는 오염물을 제거한다. 이 최신의 공정에서 웨이퍼에 있는 미립자 오염물, 금속, 유기 오염물질을 씻어낸다. 이 공정은 미립자, 금속, 유기물에 대하여 대단히 엄격한 규정을 적용하는 청정실 환경에서 이루어집니다. 마지막 세척공정을 거친 웨이퍼들은 0.1㎛ 크기의 미립자까지 검출할 수 있는 레이저 검사 장치로 검사를 받는다. 그리고 최종 검사가 끝나는 대로 즉시 출하 포장되어 정해진 시간 안에 고객에게 전해지게 되는 것이다.