🧩 Lot (생산 관리 기본 단위)
| 구분 |
설명 |
| Lot |
한 번에 처리되는 웨이퍼 묶음 (Batch) |
| 운반 장치 |
FOUP (Front Opening Unified Pod), Cassette |
| 처리 방식 |
동일한 공정 조건으로 한 번에 가공 |
| 계층 구조 |
Wafer → Lot → Batch → Line |
포토 공정의 제어
목표
- 정확한 모양으로, 균일한 크기로, 정확한 위치에 이미지 패턴을 웨이퍼에 전사
- Inspection
- CD-SEM
- 원하는 패턴이 정확한 모양과 크기로 만들어졌는지 감광막의 두께, 패턴의 결함조사
- Overlay
- Over-exposure시 문제
- 에너지의 양이 많아질수록 패턴이 작아지고, 적게 받을수록 선폭이 두꺼워집니다.
- 적절한 Exposure Dose가 됬는지 확인하는 방법
- Exposure Latitude(EL) 척도 확인
- CD의 변화 정도 측정
- Exposure Dose의 범위를 결정
- 수평 공정 마진(EL)이 결정
- 수직 공정마진
- DOF(Depth Of Foucs)
- 수평 공정마진 내에서 CD를 잘 유지하는 수직 공정마진
포토 공정의 Defects
- 수율 저하 불량
- PR Profile 불량
- Exposure dose, Develop Time, Bake Temperature, 현상액의 과농도
- 빛의 산란과 반사로 인한 Standing Wave Effect
- HMDS 처리 불량 → PR Lifting
- Spin Coating 시 발생하는 Defects
- PR 내 공기방울
- rpm이 너무 빠름
- 시간이 너무 짧음
- PR 양이 너무 적음
- 공기방울, Particle
- Defocus
- DOF 평가 후 최적 조건 찾기
- PR 변경 후 Exposure Dose와 Focus 재평가
- 패턴 미싱
- 원인
- 공정마진(Resolution & DOF)이 부족
- 해결
- PR 패턴의 붕괴
- 원인
- PR의 Adhesion이 불량하여 PR Lifting되면서 발생
- 해결
- 패턴간의 Bridge
- 원인
- Defocus
- Exposure or Develop이 불충
- 해결
- Scum
🎯 Overlay (정렬 관리)
📘 개요
- 하부 레이어와 상부 레이어의 패턴이 얼마나 정확히 정렬되어 있는지를 나타내는 지표
- 하부막의 key pattern이 상부막의 key 허용 오차범위 내에 있으면 잘 정렬됨
- 웨이퍼의 각 층이 얼마나 정확하게 겹쳐졌는지 확인
- 미세 공정으로 갈수록 중요성이 커짐 (나노 단위 오차도 불량으로 직결)
📊 Overlay 관리의 중요성
- 공정 미세화 → 패턴 간 간격 감소 → 수 nm 수준의 오차도 결함 발생
- Overlay를 주기적으로 측정하고 Feedback / Feedforward로 보정해야 함
- Overlay 제어는 대부분 자동 시스템(APC) 에 의해 수행됨
⚙️ APC (Advanced Process Control)
| 항목 |
설명 |
| 정의 |
공정 장비 간 자동 보정 시스템 |
| 원리 |
한 Lot의 측정 데이터를 다음 Lot에 반영하여 공정 편차 감소 |
| 유형 |
R2R (Run-to-Run Control): Overlay 보정의 핵심 제어 방식 |
🔄 R2R (Run-to-Run Control)
📗 개념
- 한 번의 공정 결과(측정값)를 다음 공정 조건에 반영하는 자동 제어 시스템
- Feedback + Feedforward 제어를 결합한 형태로 Overlay 오차를 누적 보정
📐 Overlay 보정 기본식
F = A + B + E - F
| 기호 |
의미 |
| F |
R2R 보정 후 Lot의 최종 입력값 |
| A |
현 Step의 Feedback Lot 노광 장비 입력값 |
| B |
현 Step의 Feedback Lot Overlay 측정값 |
| E |
Align Layer 진행 시 Feedback Lot 입력값 |
| F |
Align Layer 진행 시 Feedforward Lot 입력값 |
→ Feedback(이전 Lot 결과) + Feedforward(다음 Lot 예측값)을 함께 반영하여 Overlay를 자동 보정
🧭 보정 개념도
| 용어 |
설명 |
| Feedback Lot |
이전 Lot의 Overlay 측정 결과를 기반으로 보정 |
| Feedforward Lot |
다음 Lot의 Align Layer 입력값을 미리 계산 반영 |
| 보정 원리 |
두 Lot의 차이(β - α)를 기반으로 Overlay 오차 보정 |
| 효과 |
이전 웨이퍼의 오차를 다음 공정에 반영해 동일한 실수 반복 방지 |
⚙️ Overlay 제어의 실제 적용 과정
| 단계 |
설명 |
| Overlay 측정 |
모든 웨이퍼 측정 X, 일부 샘플링으로 시간 단축 |
| Feedback 계산 |
측정된 Overlay 데이터를 기반으로 장비 보정값 입력 |
| Feedforward 예측 |
다음 Lot의 조건에 맞춰 보정값 미리 반영 |
| R2R 적용 |
각 Lot의 Overlay 보정 데이터가 누적되어 자동 보정 수행 |
⚠️ Field Parameter(중심·Edge 온도, 평탄도, 노광 위치 등)를 고려하지 않으면 특정 영역에서 오차가 누적될 수 있음
🔍 Incell (실제 셀 기준 정렬 보정)
📗 개념
- 기존 Overlay는 Vernier Mark 기준 측정
- Incell은 실제 셀 내부 회로 패턴을 직접 측정하여 정렬 정확도를 높이는 기술
📘 등장 배경
- Overlay 마크는 칩 외곽부에 위치 → 실제 셀 내부와는 오차 존재
- Lens 수차(Aberration), 왜곡(Distortion) 으로 셀 내부 Shift 발생
- → 이를 보정하기 위해 Incell Overlay 보정이 도입됨
🧮 Incell 측정 원리
- Incell Image 관찰: 실제 셀 내부 패턴을 확대 관찰
- A-B 비교 측정: 상·하 레이어의 패턴 위치 차이 계산
- 보정 계산: 측정된 오차값을 Overlay 시스템에 반영
- 결과: Overlay 측정 결과에 Incell 보정값 추가 적용
✅ Incell 장점
| 항목 |
내용 |
| 정확도 향상 |
실제 회로 패턴 기준으로 정렬 오차 확인 |
| Distortion 보정 |
렌즈 수차·스테이지 편차 감지 가능 |
| Overlay 보정 활용 |
기존 Overlay 측정값에 보정값 추가 |
| CD 측정 병행 |
셀 패턴의 CD 측정도 동시에 수행 가능 |
🧱 적용 예시
| 구분 |
적용 Layer |
| Logic 공정 |
Metal / Via / Contact Layer |
| Memory 공정 |
Cell Pitch가 매우 미세한 영역 (Overlay 허용치 매우 낮음) |
Incell은 실제 셀 패턴을 직접 측정하여 Overlay 마크 대신 실제 칩 위치 기준 정렬 정확도를 보정하는 고정밀 Overlay 방식입니다.
📏 CD (Critical Dimension)
📗 정의
- 반도체 회로에서 선폭(line width) 또는 공극(pitch) 의 실제 크기
- 설계값과 실제값의 차이를 관리하는 핵심 공정 지표
- Photo와 Etch 공정 양쪽에서 관리됨
🧩 CD 측정 단계
| 단계 |
시점 |
측정 대상 |
| ADI |
After Development |
PR 패턴의 CD |
| APEI |
After Partition Etch |
중간 식각 후 패턴 폭 |
| AFEI |
After Final Etch |
최종 회로 패턴 폭 |
| ASEI |
After Spacer Etch |
Spacer 기반 다중 패터닝용 중간 측정 |
🧠 Double Patterning 시대의 CD 측정
- SADP (Self-Aligned Double Patterning)
- SAQP (Self-Aligned Quadruple Patterning)
→ Litho → HM Etch → Spacer Deposition → Spacer Etch → Final Etch
→ 각 단계마다 CD 측정 수행 (정밀 관리 필수)
⚠️ CD Slimming 현상
| 항목 |
설명 |
| 개념 |
SEM 측정 시 E-beam으로 PR 손상 → 선폭 감소 |
| 원리 |
전자빔 에너지↑ → PR 표면 가열 → 변형·수축 발생 |
| 결과 |
측정 반복 시 CD 변동 발생 → 같은 위치 반복 측정 금지 |
📊 Energy / Focus Matrix
| 항목 |
설명 |
| 목적 |
노광 에너지(Dose)와 Focus 변화에 따른 CD 변동 평가 |
| 지표 |
Dose Sensitivity, DOF(Depth of Focus), EL(Exposure Latitude) |
| 활용 |
Bossung Curve 분석으로 DOF/EL 산출 → 공정 안정성 확보 |
| Dosemap |
Field별 에너지 보정으로 CD 균일도 향상 |
🧾 CD 관리 핵심 포인트
- CD Slimming 제어 — SEM 조건(Energy, Time) 최적화
- Energy / Focus Control — Litho 공정 안정성 확보 (DOF, EL)
- Field 균일도 관리 — Wafer 전 영역 균일성 확보 (CDU 향상)
- 공정 간 연계 — Photo ↔ Etch 비교(ADI ↔ AFEI)로 편차 관리
🧬 SADP 공정 요약
Litho (ADI) → HM Etch (APEI) → Spacer Deposit → Spacer Etch (ASEI) → Trench Etch (AFEI)
CD 측정은 실제 패턴 선폭을 관리하는 핵심 공정으로,
E-beam Slimming 보정, Energy/Focus 최적화, Photo ↔ Etch 협업이 필수적입니다.
🧩 Defect (결함 관리)
📗 정의
- 반도체 제조 중 칩 기능에 영향을 주는 이상 구조
- Photo 공정은 패턴 반복성이 높아, Defect 발생 시 여러 칩이 동시에 불량 발생 가능
⚠️ RD (Repeating Defect)
| 항목 |
설명 |
| 정의 |
동일 Reticle 내 Particle로 인해 여러 Shot에 반복 발생하는 결함 |
| 원인 |
Reticle 표면 이물, 금속 파편, 유기물 등 |
| 결과 |
웨이퍼 다이에 동일 위치·형태 결함 반복 |
| 영향 |
수율에 직접 영향 (Critical Defect으로 분류) |
Reticle에 이물 하나만 있어도 웨이퍼 전체에 동일 결함이 복제될 수 있음
📐 Reticle Size > Image Size 이유
- Reticle Edge 부근 이물이 노광 영역에 영향을 주지 않도록 Margin 확보
→ RD 영향 범위를 최소화하기 위함
🔍 RD 검사 및 검출
| 항목 |
설명 |
| Inspection Map + SEM Image |
결함 위치 좌표 시각화 |
| 판단 기준 |
인접 Shot 또는 Die 동일 좌표에서 동일 결함 존재 시 RD 판정 |
🧩 RD 발생 메커니즘
- Reticle 표면에 Particle 부착
- 노광 시 동일 패턴이 반복 전사
- 웨이퍼 동일 좌표에 RD 생성
- Inspection Map에서 반복 결함 확인
🛠 RD 관리 방법
| 방법 |
설명 |
| Monitoring Lot Inspection |
정기 샘플링 검사 |
| SEM Review |
RD 의심 위치 고해상도 확인 |
| Normal Point 비교 |
정상 Shot과 비교 분석 |
| Reticle Cleaning |
Particle 부착 시 즉시 청소 |
| Reticle Inspection 주기화 |
정기 검사로 이물 조기 제거 |
RD는 Reticle의 이물로 인해 여러 Shot에 동일 결함이 반복 발생하는 치명적 결함이며,
SEM Review + Reticle Cleaning으로 관리합니다.