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Process Control R2R / APC Within-Wafer Profile

Wafer Profile Control과

multi-zone 공정 제어

Equipment capability is changing

장비는 위치별 제어 기능을 갖췄지만

recipe는 자동으로 정해지지 않습니다

CMP, Etch 같은 장비는 wafer 전체에 같은 조건만 주지 않습니다. Center, middle, edge를 따로 보정하도록 zone, temperature, gas 같은 제어 수단이 세분화돼 있습니다.

CMP

Multi-zone polishing과

실시간 profile 제어

CMP 장비는 여러 pressure zone을 가진 polishing head와 in-situ 계측으로 wafer 내부 polishing profile을 조정합니다. 일부 양산 장비는 incoming profile이나 polishing rate 변화에 맞춰 profile을 실시간 보정하는 기능도 갖고 있습니다.

  • Multi-zone polishing head
  • Within-wafer uniformity 관리
  • Profile 및 endpoint control
예: Applied Materials Reflexion 계열 공개 자료
ETCH

Edge, temperature, gas distribution 등 제어 수단의 확대

Etch 장비도 wafer edge의 plasma 조건, wafer temperature, gas distribution 등 다양한 수단을 이용해 across-wafer uniformity와 profile을 조정합니다. 구현 방식은 장비마다 다르지만, 위치별 결과를 더 세밀하게 보정하는 방향은 분명합니다.

  • Wafer-edge plasma / sheath tuning
  • Radial wafer temperature tuning
  • Multi-zone gas distribution 및 local correction
예: Lam Research Kiyo·Flex 계열, TEL location-specific processing 공개 자료
장비가 더 많은 제어 기능을 제공한다고 해서, 원하는 profile을 만드는 recipe가 자동으로 정해지는 것은 아닙니다.

변수가 몇 개 없을 때는 경험과 반복 실험으로 조건을 조정할 수 있습니다. Zone과 actuator가 많아지면 한 변수를 변경했을 때 여러 위치가 함께 영향을 받고 변수 간 상호작용도 커집니다.

제품이나 목표 profile이 바뀔 때마다 여러 recipe를 시험하고 wafer를 처리한 뒤 계측 결과에 따라 다시 수정하는 과정이 반복됩니다. 장비에 제어 기능이 있어도 엔지니어가 직접 활용하기 어려워지는 이유입니다.

EQUIPMENT 장비에는 control knob이 있습니다

Pressure zone, edge control, temperature, gas distribution 등이 공정 결과를 바꾸는 물리적인 control knob입니다.

→
AMFIBIAN 그 knob을 어떻게 조정할지 계산합니다

목표 wafer profile을 기준으로 필요한 제어 변수의 조합을 계산하고, 생산 적용 전에 결과와 제약조건을 검토합니다.

R2R 제어의 대상은

wafer 간 산포에만
한정되지 않습니다

R2R 제어는 흔히 이전 wafer 또는 lot의 결과로 다음 run의 평균값을 보정하는 방식으로 설명됩니다. 하지만 장비에 위치별 actuator가 있다면 제어 대상은 평균값에서 wafer 내부의 공간 분포까지 넓어집니다.

제어 대상의 확장

Run-to-Run이라는 제어 주기는 그대로 두고 관리 대상을 wafer 평균에서 within-wafer profile까지 넓힙니다.

Wafer-to-Waferwafer 간 평균 및 산포
Within-Wafercenter · middle · edge 분포
Target Profile원하는 공간 분포를 직접 목표로 설정

WIWNU는 중요한 관리 지표입니다. 제품과 후속 공정에 따라서는 WIWNU 수치보다 wafer profile 자체를 원하는 형태로 맞추는 일이 더 중요할 수도 있습니다.

생산 중 제품 조건이나 공정 목표가 바뀌면 최적의 wafer profile도 달라질 수 있습니다. 기존에는 새로운 목표에 맞춰 recipe를 다시 튜닝하는 데 많은 반복 작업이 필요했습니다.

엔지니어가 새 목표 profile을 정하면 필요한 공정 조건을 계산하고 적용 전에 예상 결과와 제약조건을 확인합니다. Profile이 바뀔 때마다 수작업 tuning을 길게 반복하는 일을 줄입니다.

Flat
Center-up
Edge-up
Custom
목표 profile이 바뀌면 recipe도 다시 계산합니다. 장비를 세워 두고 여러 조건을 처음부터 다시 찾는 작업을 줄입니다.

장비의 제어 기능을
실제 생산에 쓰는 workflow

기존 수작업 tuning

01
Target profile 변경

제품 또는 공정 목표에 맞춰 새로운 profile을 정의합니다.

02
Recipe 후보 설정

엔지니어 경험과 DOE를 바탕으로 조건을 정합니다.

03
Wafer 처리 및 계측

실제 장비에서 시험한 뒤 결과를 확인합니다.

04
조건 재조정

목표와 차이가 있으면 다시 recipe를 수정합니다.

05
반복 후 생산 적용

목표에 맞을 때까지 시험과 조정을 반복합니다.

반복 시험과 장비 시간이 필요

Amfibian

01
Target profile 설정

엔지니어가 필요한 wafer profile을 정의합니다.

02
Recipe 계산

모델이 목표에 맞는 제어 조건을 계산합니다.

03
적용 전 검증

예상 결과와 공정·장비 제약조건을 확인합니다.

04
생산 적용

고객이 정한 승인 절차에 따라 실제 공정에 반영합니다.

Target 변경부터 생산 적용까지의 tuning 단계를 단축

장비의 spatial control 기능은 이미 충분히 정교합니다. 어려운 부분은 많은 제어 변수를 엔지니어가 직접 조합해 매번 최적 recipe를 찾는 일입니다.

Amfibian은 장비의 actuator를 대체하지 않습니다. 기존 actuator와 공정 데이터를 이용해
목표 결과에 필요한 조건을 계산하고, 검증한 뒤 생산에 적용합니다.

장비의 많은 knob을 실제 공정 제어에 쓰려면 조건을 계산하고 검증하는 software가 필요합니다.

이 접근은 CMP처럼 multi-zone actuator가 명확한 공정에서 특히 직관적입니다. Etch도 edge control, wafer temperature, gas distribution, local processing 등 장비의 spatial control 수단에 따라 같은 개념을 적용할 수 있습니다.

실제 제어 범위는 장비 구조, 사용 가능한 actuator, 계측 방식과 공정 제약조건에 따라 달라집니다. Amfibian은 각 공정에서 실제로 쓰는 제어 변수를 기준으로 모델링과 검증 범위를 정합니다.