장비 II: 장비 종류와 제조사

증착 장비를 나누는 두 축

장비 이름은 회사마다 제각각이어서 이름부터 외우면 금방 헷갈린다. 대신 두 가지 질문을 던지면 대부분의 장비가 제자리를 찾는다. 첫째, 막을 만드는 에너지와 원료를 어떻게 공급하는가. 둘째, 웨이퍼를 한 번에 몇 장, 어떤 모양으로 처리하는가. 두 질문은 서로 독립이다. 같은 ALD 질화막을 웨이퍼 한 장씩 처리하는 장비로도, 100장 넘게 한꺼번에 넣는 퍼니스로도 만든다. 여기에 공정 온도의 한계, 웨이퍼 크기(200 mm·300 mm), 절연막인지 금속인지가 보조 기준으로 붙는다.

첫째 축: 막을 만드는 방식

가장 오래된 갈래는 열만으로 원료를 분해하는 열 CVD(Thermal CVD)다. 그 가운데 LPCVD(Low-Pressure CVD, 저압 CVD)는 석영관을 통째로 데우는 핫월(Hot-wall) 퍼니스에서 0.25~2 Torr, 300~900 °C로 웨이퍼 약 100장을 기체 흐름에 수직으로 세워 놓고 증착한다. 압력이 아주 낮고 표면 반응이 속도를 정하는 조건이어야 웨이퍼를 촘촘히 쌓아도 두께가 고르다(±5%). 관 벽까지 함께 덮이기 때문에 퍼니스 한 대는 보통 한 가지 막 전용으로 쓴다. 압력을 수십~수백 Torr로 높인 SACVD(Sub-Atmospheric CVD)는 오존과 TEOS로 산화막을 만드는 방식으로, 300~500 °C·30~200 Torr에서 연구되었고 온도가 높을수록 깊은 트렌치의 단차 피복이 좋아졌다. 압력이 왜 균일도를 바꾸는지는 3장에서 다뤘다.

PECVD(Plasma-Enhanced CVD)는 플라즈마 속 전자로 원료를 쪼개 낮은 온도에서 막을 쌓는다. 평행판 전극을 5~10 cm 간격으로 두고 약 400 °C, 0.1~5 Torr에서 운전하는 것이 전형이고, LPCVD보다 온도가 낮으면서 대개 더 빠르다. 알루미늄 배선이 이미 깔린 웨이퍼는 450 °C 아래로만 데울 수 있으므로 플라즈마의 도움이 필요하다. 플라즈마 밀도를 크게 높인 HDP-CVD(High-Density Plasma CVD)는 플라즈마를 만드는 전원과 웨이퍼에 이온 에너지를 주는 바이어스 전원을 따로 두어, 증착하면서 동시에 스퍼터로 모서리를 깎아 좁은 틈을 메운다. 일부러 가열하지 않아도 이온 때문에 웨이퍼가 300~400 °C까지 올라 보통 냉각이 필요하다. 플라즈마의 원리는 4장, 틈 메우기는 5장에서 보았다.

FCVD(Flowable CVD)는 액체처럼 흐르는 막을 쌓아 좁은 틈을 아래부터 채운 뒤 굳히는 방식이다. Applied Materials는 Producer Eterna FCVD가 30:1까지의 틈을 보이드나 이음매 없이 채운다고 소개한다. ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착)는 원료 두 가지를 번갈아 넣어 표면에서 스스로 멈추는 반응을 되풀이하는 CVD의 한 갈래다. 사이클 한 번에 단층보다 얇게 자라므로(TMA/H₂O 산화알루미늄은 300 °C에서 사이클당 약 0.09 nm) 두께는 정밀하지만 느리다. 사이클의 한 단계에 플라즈마를 쓰는 PEALD(Plasma-Enhanced ALD)는 온도와 원료의 선택 폭을 넓히는 대신 컨포멀성이 떨어지거나 플라즈마 손상이 생길 수 있다. 질화막을 예로 들면 LPCVD는 700 °C 이상, PECVD는 400 °C 이하, 열 ALD는 보통 450 °C 초과, PEALD는 500 °C 미만에서 쓰인다. 단결정을 이어 키우는 에피 장비도 증착 장비의 한 갈래다. 주성엔지니어링의 Eureka가 에피 장비이고, ASM도 자사가 다루는 증착 시장에 에피를 넣는다. 이 장은 절연막 CVD와 ALD 장비를 중심으로 본다.

둘째 축: 한 번에 몇 장을, 어떻게

웨이퍼를 한 장씩 처리하는 방식을 단일 웨이퍼 방식(Single-wafer, 현장에서는 매엽식이라고도 부른다)이라 한다. 단일 웨이퍼 장비는 대개 클러스터 툴(Cluster tool)로 만든다. 공정 모듈 여러 개와 웨이퍼를 옮기는 로봇을 닫힌 하나의 장비로 묶은 것으로, 지금 대부분의 웨이퍼 공정이 이런 장비에서 이루어진다. ASM의 XP4 플랫폼에는 Pulsar ALD 모듈을 4개까지 붙이고, 유진테크의 BlueJay는 열 LPCVD를 다중 챔버 단일 웨이퍼 플랫폼으로 만든 장비로 소개된다.

한 챔버나 한 모듈 안에서 웨이퍼 여러 장을 각자의 받침대에 올려 함께 처리하는 방식도 있다. 이 장에서는 트윈·다중 스테이션(Twin / Multi-station) 방식이라 부르겠다. Applied Materials의 Producer는 Twin Chamber 구조로 한 번에 최대 6장을 처리하고, Lam Research의 VECTOR는 받침대 네 개짜리 쿼드 스테이션 모듈(QSM)을 쓰며, Lam은 Striker를 '다중 스테이션 구조의 단일 웨이퍼 ALD'라고 설명한다. ASM의 XP8은 두 챔버를 묶은 DCM(Dual Chamber Module) 네 개로 챔버 8개를, 네 챔버를 묶은 QCM 네 개로는 챔버 16개까지 구성한다. 웨이퍼 하나하나는 자기 자리에서 처리되지만 모듈 안의 무언가를 함께 쓴다는 점이 중요하다. ASM은 XP8 DCM PECVD에서 기체 유량·압력·벽 온도는 두 챔버가 함께 쓰고, RF 전력·서셉터와 샤워헤드 온도·액체 원료 유량은 챔버마다 따로 정한다고 적는다. 이 구분은 7절의 챔버 매칭에서 다시 나온다.

배치(Batch) 방식은 석영 보트(Boat)에 웨이퍼를 수십~수백 장 꽂아 종형(세로) 퍼니스에 한꺼번에 넣는다. Kokusai Electric은 단일 웨이퍼를 '한 번에 한 장', 배치를 '한 번에 수십 장을 증착해 더 생산적인 방식'이라고 설명한다. 회사들이 밝힌 최대 장수는 TEL의 TELINDY PLUS 125장과 EVAROS 200장, ASM의 SONORA 150장, 원익IPS의 WIDAS 175장, 유진테크의 Harrier-L 150장이다. 장수를 줄인 미니 배치(Mini batch)도 있다. TEL은 최대 50장의 TELFORMULA를 짧은 TAT(Turnaround Time, 맡긴 일이 끝나 돌아오기까지 걸리는 시간)용으로 소개하고, Kokusai의 TSURUGI 계열과 유진테크의 Harrier-M도 미니 배치 장비로 소개된다.

마지막은 공간 분할 ALD(Spatial ALD)다. 보통의 ALD는 원료 A → 퍼지 → 원료 B → 퍼지를 시간 순서로 되풀이한다. 공간 분할 ALD는 원료 A와 B가 흐르는 영역을 공간으로 나누고 웨이퍼를 그 사이로 옮겨, 퍼지 단계 없이 사이클을 돌린다. ALD의 큰 약점인 낮은 증착 속도를 넘으려는 방법이다. TEL의 NT333은 반응 영역으로 나눈 챔버에서 웨이퍼 받침이 한 바퀴 돌면 ALD 한 사이클이 되고, 챔버 하나에 6장을 싣는다. Applied의 Olympia ALD, 원익IPS의 HYETA(6장, 240 RPM), 주성엔지니어링의 SDP System(한 챔버에 5~6장)도 웨이퍼 여러 장을 싣고 공간을 나누는 장비로 소개된다.

공정에서 장비로: 지도 읽기

두 축을 가로세로로 놓으면 장비 지도가 된다. 아래 지도는 해외 5곳, 국내 3곳 장비사의 공식 제품 페이지(2026년 10월 9일 열람)에서 CVD·ALD 플랫폼 40개를 골라, 페이지에 적힌 방식대로 칸에 넣은 것이다. 한 플랫폼이 LPCVD와 ALD를 함께 하면 두 칸에 모두 들어간다. 한 번에 몇 장을 처리하는지 페이지에 적혀 있지 않은 제품은 추측하지 않고 맨 아래 '페이지에 적혀 있지 않음' 줄에 두었다. 공정을 고르면 그 공정을 응용으로 적은 플랫폼이 있는 칸이 켜지고, 칸을 누르면 그 칸의 제품 목록이 나온다.

근거: Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron, ASM, Kokusai Electric, 원익IPS, 주성엔지니어링, 유진테크. 지도 속 목록의 번호는 이 장 끝 참고문헌 번호와 같다.

지도를 몇 번 눌러 보면 패턴이 보인다. 첫째, PECVD 플랫폼은 대부분 트윈·다중 스테이션 줄에 모여 있다. 둘째, 미니 배치와 대형 배치 줄에는 열 CVD와 ALD만 있고 PECVD, HDP-CVD, FCVD는 없다. 셋째, 'ALD SiO₂·SiN'을 고르면 단일 웨이퍼부터 공간 분할까지 거의 모든 줄이 켜진다. 같은 막을 놓고 처리량을 얻는 방법만 달리한 셈이고, 5절에서 그 이유를 계산한다. 넷째, 갭필은 열 CVD, HDP-CVD, FCVD, ALD 네 열에 흩어져 있다. 틈의 모양과 세대, 막에 바라는 성질이 다르기 때문이다(5장). 다섯째, 국내 회사의 제품 가운데 여럿이 '페이지에 적혀 있지 않음' 줄에 있다. 공식 페이지가 공정과 응용은 자세히 적으면서 한 번에 몇 장을 처리하는지는 밝히지 않은 경우다. 이럴 때 이름이나 사진만 보고 방식을 짐작하지 않는 것이 좋다.

해외 장비사: 무엇을 만든다고 말하나

CVD·ALD 장비를 만드는 큰 회사들은 미국, 일본, 네덜란드에 있다. 아래에서는 회사 이름의 알파벳 순서로, 각 회사가 연차 보고서와 제품 페이지에서 스스로 무엇을 만든다고 말하는지만 옮긴다. 순서는 순위가 아니다. 시장 점유율은 회사가 공식 문서에 밝힌 것만 적고, 제3자 사이트에 떠도는 숫자는 쓰지 않는다. 제품 이름은 회사 페이지에 적힌 그대로다.

Applied Materials (미국)

Applied Materials의 회계연도 2025 연차 보고서(10-K)는 회사를 거의 모든 반도체 제조에 쓰이는 재료 공학 솔루션의 선두라고 소개하고, 증착 장비를 식각·RTP·CMP·계측·패키징·이온 주입 장비와 함께 Semiconductor Systems 부문으로 묶는다. 부품·업그레이드·서비스와 200 mm 장비는 AGS 부문이 맡는다. 읽은 범위에서 증착만 따로 뗀 매출은 밝히지 않았다. CVD의 중심은 1998년에 나온 Producer 플랫폼이다. Twin Chamber로 한 번에 최대 6장을 처리하고, 세라믹 히터와 원격 플라즈마 세정을 쓴다고 회사는 설명한다. 같은 플랫폼 위에 막마다 이름이 다른 제품이 올라간다. 오존/TEOS 열 CVD 갭필인 HARP, 흐르는 갭필 막인 Eterna FCVD, Low-k인 Black Diamond, 비정질 탄소 하드마스크인 Precision APF, 3D NAND 적층막에 맞춰 Twin Chamber를 다시 설계했다는 XP Precision, 200 °C 아래에서 HBM의 TSV 공정을 맡는 Avila 2가 그 예다. Centura 계열에는 HDP-CVD인 Ultima HDP CVD와 150/200 mm 단일 웨이퍼·다중 챔버 장비 DXZ가 있다. ALD에서는 웨이퍼가 분리된 화학 영역을 돌아 지나가는 Olympia ALD와, 마이크로파 플라즈마를 쓰는 다중 받침대 공간 분할 장비 Centris Spectral SiN ALD를 내세운다.

ASM International (네덜란드)

ASM의 2025 연차 보고서는 증착이 웨이퍼 공정 장비(WFE, Wafer Fab Equipment) 시장의 약 24%이고, 회사가 그 안에서 ALD, 에피, PECVD, 종형 퍼니스, SiC 에피를 다룬다고 적는다. 단일 웨이퍼 ALD 시장은 2024년 약 30억 달러에서 2030년 51억~61억 달러로 커질 것으로 보았다(2025년 9월 Investor Day 발표). 회사는 이 시장에서 55% 넘는 점유율로 선두라고 하면서, 그 숫자가 ASM 자체 추정임을 밝힌다. PECVD와 종형 퍼니스에서는 큰 시장 안의 틈새에 집중한다고 쓴다. ALD 제품 페이지에서도 스스로를 가장 넓은 ALD 제품군을 가진 선도 공급사로 소개한다. 단일 웨이퍼 ALD로는 교차 흐름(Cross-flow) 반응기와 고체 원료 공급 장치를 쓰는 High-k용 XP4 Pulsar, 샤워헤드형으로 직접·원격 플라즈마를 고를 수 있는 XP4 EmerALD, DCM 구조의 열 ALD인 XP8 Synergis와 저온 스페이서용 XP8 DCM PEALD가 있다. PECVD는 XP8 DCM PECVD, 퍼니스는 최대 150장의 SONORA다.

Kokusai Electric (일본)

Kokusai Electric은 배치 증착을 주력 사업으로 내세운다. 회사는 ALD가 기체를 여러 번 번갈아 넣어야 해서 시간이 오래 걸린다는 약점을 배치 ALD로 풀었다고 설명하고, 배치 증착과 단일 웨이퍼 막질 처리 장비가 '세계에서 가장 높은 점유율에 속한다'고 적지만 숫자는 밝히지 않는다. 제품 목록에는 300 mm 미니 배치 증착 장비인 TSURUGI 계열과, 이전 모델보다 한 번에 처리하는 로트가 1.75배인 AdvancedAce-II, 1.25배인 QUIXACE-II 같은 대형 배치 장비가 있다. MARORA와 TANDUO는 증착이 아니라 단일 웨이퍼 막질 처리 장비로 분류된다. 인터넷에는 이 회사의 배치 ALD 점유율이라며 구체적인 백분율이 돌아다니지만, 회사 공식 문서에서 확인한 숫자가 아니어서 이 장에서는 쓰지 않는다.

Lam Research (미국)

Lam Research의 회계연도 2026 연차 보고서(10-K)는 PECVD, HDP-CVD, ALD가 칩의 핵심 절연층을 만든다고 설명하고, 증착 제품으로 텅스텐·몰리브덴 CVD/ALD의 ALTUS, 절연막 PECVD/ALD의 VECTOR와 Striker, 구리 전기 도금의 SABRE를 든다. 경쟁에 대해서는 절연막·금속 증착 시장의 주 경쟁사가 Applied Materials이고, ALD와 PECVD에서는 ASM International, Wonik IPS와도 경쟁한다고 적는다. VECTOR는 쿼드 스테이션 모듈로 하드마스크, 3D NAND 다층막, 패시베이션, 응력 관리층을 만들고, Striker는 갭필 절연막·라이너·패터닝 스페이서를, ALTUS는 다중 스테이션 순차 증착으로 ALD 핵 생성과 CVD 채움을 한 장비에서 한다고 소개된다. HDP-CVD인 SPEED 제품군은 웹사이트에 있지만 10-K의 제품표에는 들어 있지 않다. 10-K는 고객 지원 부문이 부품·업그레이드·서비스와 함께, 최첨단이 아닌 신품·재생 장비인 Reliant 제품군을 판다고도 적는다.

Tokyo Electron (일본)

TEL의 제품 목록은 증착을 열 증착(Oxide/Anneal), CVD, ASFD(Advanced Sequential Flow Deposition), ALD, PVD로 나누고, TELINDY PLUS, EVAROS, NT333과 금속용 Triase+, Episode 등을 올려 둔다. 배치 퍼니스인 TELINDY 시리즈 페이지는 머리말에 300 mm 배치 퍼니스를 10,000대 넘게 출하했다고 적는다. 등온 대형 배치 TELINDY PLUS(최대 125장)는 LPCVD와 열 ALD를, 같은 크기의 TELINDY PLUS IRad는 아주 낮은 온도의 플라즈마 ALD SiN·SiO₂를, EVAROS(최대 200장)는 ALD SiO₂·SiN과 폴리실리콘을, 미니 배치 TELFORMULA(최대 50장)는 짧은 TAT를 맡는다고 소개된다. NT333은 TEL의 첫 세미 배치 ALD 챔버로, 앞에서 본 공간 분할 방식이다. 이 장에서는 TEL의 연차 보고서를 읽지 않았으므로 TEL의 증착 시장 지위에 대한 숫자는 적지 않는다.

국내 장비사: 원익IPS·주성엔지니어링·유진테크

국내 회사도 장비 지도에서 여러 칸을 차지한다. 이 장에서는 세 회사의 공식 제품 페이지만 읽었다. 사업보고서는 읽지 않았으므로 시장 점유율이나 고객에 대한 이야기는 적지 않는다. 공식 문서로 확인한 시장 구조 언급은 하나다. 앞에서 본 Lam의 10-K가 ALD와 PECVD의 경쟁사로 Wonik IPS를 이름으로 든다. 아래 표의 수치는 모두 회사 설명이다.

공식 페이지는 모두 2026년 10월 9일에 열람했다. 주성엔지니어링은 제품별 상세 페이지 없이 사업영역 페이지에 세 제품을 짧게 소개한다. 유진테크의 일부 페이지는 머리 제목과 본문의 제품 이름이 서로 달라 본문을 따랐다.

표에서 두 가지를 읽을 수 있다. 첫째, 한 회사가 한 방식만 하지 않는다. 원익IPS는 배치(WIDAS)와 공간 분할(HYETA)을 함께 내놓고, 유진테크는 단일 웨이퍼 LPCVD(BlueJay)와 배치 ALD(Harrier)를 함께 내놓는다. 유진테크는 BlueJay가 기존 배치 퍼니스보다 열 예산이 낮다고 설명하는데, 전통적으로 퍼니스에서 하던 열 LPCVD를 단일 웨이퍼로 하는 선택지를 내세운 것이다. 둘째, 회사 수치에는 조건이 붙어 있다. '0.5% 미만'은 TEOS·SiON 막의 두께 균일도이고, '130:1'은 홀 패턴에서의 갭필이다. 균일도를 어떤 식으로 계산했는지는 페이지에 없으므로, 다른 회사가 내세운 숫자와 그대로 비교할 수 없다.

배치와 단일 웨이퍼: 무엇을 맞바꾸나

같은 막을 배치로도 단일 웨이퍼로도 만들 수 있다면 무엇을 보고 고를까? Saraswat의 강의 노트는 양쪽 사정을 함께 적는다. 핫월 LPCVD는 증착 속도가 낮지만 웨이퍼를 많이 넣어 그것을 보상하고, 웨이퍼가 커지면서 배치 안의 균일도를 지키기 어려워져 단일 웨이퍼로 옮겨 가는 흐름이 있다. Kokusai는 반대 방향에서 배치를 설명한다. 한 번에 수십 장을 처리하니 더 생산적이고, 느린 ALD일수록 그 이점이 크다는 것이다.

배치의 크기를 정하는 일도 맞바꿈이다. ASM은 2014년 연차 보고서(20-F)에서 300 mm 퍼니스 A412가 '가장 짧은 사이클 타임을 위해서는 25장부터, 가장 낮은 비용을 위해서는 150장까지' 한 번에 실을 수 있다고 적었다. 여기서 사이클 타임(Cycle time)은 웨이퍼를 싣기 시작해 공정을 마치고 내릴 때까지 한 번 도는 데 걸리는 시간이고, 처리량(Throughput, 시간당 장수 wph)은 장비가 한 시간에 끝내는 웨이퍼 수다. A412와 그 후속인 SONORA는 반응기 두 개와 보트 두 개를 쓰는 구성이고, TEL도 TELINDY PLUS에 듀얼 보트를 선택 사양으로 둔다. 왜 그럴까? 한 번 도는 시간을 간단한 학습용 모델로 나눠 보자.

고정 시간은 장수로 나눠지므로 배치가 클수록 웨이퍼 한 장이 차지하는 장비 시간이 줄어든다. 장비 값과 운영비가 시간에 비례한다고 보면 이것이 곧 웨이퍼당 비용이다. 대신 싣고 내리는 시간은 장수에 비례해 늘어 한 번 도는 시간이 길어진다. 듀얼 보트는 한 보트가 공정을 도는 동안 다른 보트를 싣고 내려, 이 반송 시간을 공정 시간 뒤에 숨긴다(모델에서 나온 해석). 아래에서 직접 확인해 보자.

근거: 25장·150장의 맞바꿈과 듀얼 보트 구성, 현재 제품의 최대 장수. 시간 값은 모두 학습용 가정이다.

ALD는 왜 장비 방식이 셋으로 갈릴까

ALD에서는 이 맞바꿈이 더 뚜렷하다. 막 두께가 사이클 수로 정해지므로 두께에 비례해 시간이 든다. 사이클당 성장이 약 0.09 nm(TMA/H₂O, 300 °C), 아미노실란 계열 SiN이 보통 사이클당 1 Å 미만이라면 10 nm 막에도 사이클이 100번 넘게 든다(계산). 회사들은 이 느림을 세 가지 길로 푼다. 배치 ALD는 고정 시간과 긴 사이클을 많은 웨이퍼에 나눈다. 공간 분할 ALD는 퍼지 단계를 공간 분리로 바꿔 사이클 자체를 짧게 만든다. Applied는 Olympia가 화학 단계마다의 펌프·퍼지를 없애 시간 분할 ALD보다 생산성이 50% 넘게 높다고 내세운다(회사 설명). 단일 웨이퍼 ALD는 반응기 부피를 줄여 사이클을 짧게 하고 챔버를 여러 개 붙인다. ASM은 EmerALD의 작은 샤워헤드와 챔버 부피가 ALD 사이클을 줄이기 위한 것이라고 설명하고, XP8에는 챔버를 16개까지 붙인다. 단일 웨이퍼와 배치의 처리량을 식으로 쓰면 다음과 같다.

근거: 사이클당 성장의 크기, 배치 ALD와 공간 분할 ALD가 처리량을 얻는 방식, 공간 분할 장비의 장수. 시간 값은 모두 학습용 가정이다.

장비를 고르는 순서

지금까지를 모아, 막 하나를 보고 장비 방식을 고를 때 던지는 질문을 순서대로 적어 보자. 실제 Fab은 이미 가진 장비와 라인 사정까지 함께 따지지만, 물리적으로 가능한지를 거르는 순서는 대략 다음과 같다(이 장의 정리).

1. 온도 한계. 웨이퍼가 이미 견딜 수 있는 온도는 얼마인가. 알루미늄 배선 위라면 450 °C 아래여야 해서 플라즈마의 도움이 필요하다. HKMG를 만든 뒤의 게이트 스페이서는 TiN 같은 막의 산화와 도펀트 확산을 피하려고 낮은 온도가 필요하다. HBM의 TSV 공정용 Avila 2는 200 °C 아래의 PECVD로 소개된다.
2. 구조. 덮어야 할 구조가 얼마나 깊고 좁은가. 고르게 덮어야 하면 ALD가, 틈을 메워야 하면 HDP·SACVD·FCVD·ALD 갭필이 후보다. 5장의 단차 피복 이야기다.
3. 막질. 막에 바라는 성질은 무엇인가. 같은 질화막이라도 LPCVD는 식각에 강하고 컨포멀하지만 700 °C 이상이 필요하고, PECVD는 낮은 온도 대신 식각 저항과 단차 피복이 대개 못 미친다. 플라즈마 손상을 피하려면 HARP 같은 비플라즈마 방식이 후보가 되고, PEALD는 온도를 낮추는 대신 컨포멀성과 손상을 따져야 한다.
4. 두께와 물량. 얼마나 두껍게, 얼마나 많이 만드는가. 5절의 계산처럼 얇은 막은 단일 웨이퍼가, 두꺼운 ALD 막은 배치나 공간 분할이 유리해질 수 있고, 개발 단계처럼 TAT가 중요하면 작은 배치가 낫다.
5. 라인 사정. 마지막으로 그 Fab에 어떤 장비가 있는가. 핫월 퍼니스는 벽까지 덮이므로 보통 한 막 전용으로 쓰이니, 새 막을 넣으려면 장비 배정부터 따져야 한다(해석).

이 순서로 아래 문제를 풀어 보자. 문제의 공정은 모두 회사 자료나 논문에 나온 응용에서 골랐다.

문제의 근거: 3D NAND 적층, 하드마스크, 오존/TEOS 갭필, HDP 갭필, 게이트 스페이서, 퍼니스 LPCVD, DRAM 커패시터 High-k, HBM의 TSV 공정, 로직 High-k.

몇 문제는 답이 둘이다. 게이트 스페이서는 단일·다중 스테이션 PEALD로도, 배치 ALD로도 만든다. 회사 자료가 양쪽 모두를 스페이서 용도로 적고 있기 때문이다. 결국 장비 선택은 '할 수 있는가'를 거른 뒤 '이 두께와 이 물량에서 어느 쪽이 싸고 빠른가'를 따지는 문제가 된다.

같은 장비를 여러 대: 챔버 매칭과 서비스

장비를 고르고 나면 다음 문제가 기다린다. 양산 라인은 같은 막을 여러 챔버에서 만들고, 어느 챔버에서 처리된 웨이퍼든 같은 결과를 내야 한다. Infineon의 PECVD 질화막 연구에서 챔버 세 대의 평균 두께는 통계적으로 뚜렷하게 달랐고(분산 분석), 연구진은 챔버마다 모델을 따로 만들었으며 SPC도 챔버별로 한다고 적었다. 이렇게 챔버 사이의 차이를 줄여 같은 레시피가 같은 결과를 내게 만드는 일을 챔버 매칭(Chamber matching)이라 한다.

한 모듈 안의 스테이션끼리도 마찬가지다. Applied Materials의 특허에는 Producer 장비의 한 챔버 안 두 스테이션에서 PECVD USG를 10,000 Å 목표로 쌓은 예가 있다. 보정하지 않으면 평균이 173 Å 높았고, 제어를 켜자 약 15쌍 뒤에 두 스테이션이 20 Å 안으로 모였다. 장비 회사들도 매칭을 내세운다. ASM은 XP8 DCM에서 챔버마다 정하는 손잡이와 함께 쓰는 손잡이를 나눈 것을 챔버 사이 매칭과 연결해 설명하고, Synergis와 DCM PEALD에서도 챔버 매칭을 든다. 원익IPS는 GEMINI CVD와 GEMINI ALD에 'Excellent Tool Matching'을, 유진테크는 BlueJay에 장비 매칭의 쉬움을 내세우며, TEL은 EVAROS의 제어기를 장래 스마트 장비 매칭 기능을 넣을 수 있게 설계했다고 적는다. 모두 회사 설명이다.

매칭을 실제로 어떻게 하는지 공개한 자료는 많지 않다. 증착 장비는 아니지만, MIT의 한 석사 논문은 플라즈마 애싱 챔버를 대상으로 방법을 보였다. 챔버마다 실험 계획(DOE) 모델을 만들고, 센서를 단 계측 웨이퍼와 장비 센서로 차이의 원인을 찾고, 하드웨어·소프트웨어·교정을 표준화하라고 권하며, 시뮬레이션에서 EWMA(지수 가중 이동 평균) run-to-run 제어가 드리프트로 생기는 불일치를 줄인다는 것을 보였다. Run-to-Run 제어(R2R)는 방금 처리한 웨이퍼의 측정값으로 다음 웨이퍼의 레시피를 고치는 방식이다. 증착 속도를 EWMA로 추정해 다음 증착 시간을 정하면 다음과 같다.

아래 시뮬레이터에서 두 챔버 A, B를 이 방식으로 맞춰 보자. 두 챔버가 증착 시간을 함께 써야 하는 경우와 챔버마다 따로 보정할 수 있는 경우를 비교한다. ASM이 기체 유량과 압력은 두 챔버가 함께 쓰고 RF 전력과 온도는 챔버마다 정한다고 적은 것처럼, 장비 구조가 어떤 손잡이를 챔버별로 쓸 수 있는지를 정한다.

근거: 챔버마다 평균 두께가 다르고 챔버별로 SPC를 한다, 두 스테이션 매칭 예(목표 10,000 Å), EWMA run-to-run 제어로 드리프트에 의한 불일치를 줄이는 방법, 정비 뒤의 계단 변화, 챔버별 손잡이와 공유 손잡이.

다음 장에서는 이렇게 만든 막의 두께, 굴절률, 응력, 조성을 어떻게 재는지 본다. 이 장의 시뮬레이터가 당연하게 가정한 '모든 웨이퍼의 두께를 잰다'는 일이 실제로는 무엇을 뜻하는지도 거기서 다시 볼 것이다.