지원자님이 말한 1200Å ±48Å, 즉 ±4% 마진은 “아무 근거 없이 정한 숫자”라기보다는, 제품이 정상적으로 동작할 수 있는 물리적·전기적 한계와 공정 변동성을 동시에 고려해서 정해진 결과라고 보시면 돼요~
먼저 공정 마진이라는 건, 이 두께가 조금 두꺼워지거나 얇아져도 소자 성능이나 신뢰성에 치명적인 문제가 생기지 않는 “안전 구간”이에요. 예를 들어 금속 배선이라면 너무 얇아지면 저항이 커지고 EM(Electro-Migration) 문제가 생길 수 있고, 너무 두꺼워지면 패턴이 무너진다든지, 다음 공정에서 식각이 잘 안 된다든지 하는 문제가 생기죠. 그래서 소자 설계 쪽에서는 “이 금속 두께는 최소 몇 Å 이상이어야 하고, 최대 몇 Å 이하면 괜찮다”라는 물리적·전기적 허용 범위를 먼저 잡아요. 그게 일종의 design rule에 가까운 개념이에요.
그 다음에 공정기술이나 공정설계 쪽에서 보는 게 “장비와 공정이 어느 정도까지 흔들리는가”예요. 예를 들어 스퍼터 장비로 1200Å를 타겟으로 증착하면, 실제로는 웨이퍼 위치, 타겟 마모, 챔버 컨디션, 가스 플로우 미세 변화 같은 걸로 ±몇 %는 흔들릴 수밖에 없어요. 장비 스펙상 두께 repeatability가 ±2%고, 공정 조건 변화까지 감안하면 ±3~4%는 나올 수 있다면, 그 변동폭이 아까 말한 “소자가 버틸 수 있는 두께 범위” 안에 들어오도록 타겟 두께를 잡는 거예요. 그래서 결과적으로 “1200Å를 중심으로 ±48Å(±4%)까지는 괜찮다”라는 숫자가 만들어지는 거지, 처음부터 “4%로 하자!” 하고 정하는 건 아니에요~
High-k 물질이나 다른 박막도 마찬가지예요. High-k의 경우에는 두께가 조금만 바뀌어도 EOT, 누설전류, 신뢰성(TDDB 같은 것)이 크게 바뀌기 때문에, 소자 시뮬레이션이나 실험을 통해 “이 범위를 넘으면 성능이 급격히 나빠진다”라는 구간을 먼저 찾아요. 그게 설계 관점의 허용범위고, 거기에 장비가 실제로 낼 수 있는 균일도와 재현성을 겹쳐서 공정 마진을 설정하는 구조예요. 그래서 물질마다, 공정마다 마진이 다 다르고, metal은 ±몇 %, gate oxide나 high-k는 훨씬 더 타이트한 경우도 많아요~
균일도(Uniformity)도 비슷한 논리예요. 장비 스펙에 “Within-wafer uniformity ±1%” 이런 식으로 써 있는 건, 장비가 최적 조건에서 낼 수 있는 물리적 한계에 가까운 값이에요. 하지만 현업에서는 그 스펙 그대로만 믿지 않고, 실제 공정 조건에서 여러 장 돌려보면서 “이 조건으로 가면 평균적으로 2% 안쪽, 나쁘면 3%까지 튄다” 같은 데이터를 쌓아요. 그리고 그 균일도가 소자 성능에 어떤 영향을 주는지도 같이 봐요. 예를 들어 금속 두께가 웨이퍼 중앙과 가장자리에서 3% 차이나도 회로나 신뢰성에 큰 영향이 없으면, “우리 공정에서는 3% 이내면 안정”이라고 기준을 잡는 거고, 만약 1.5%만 넘어가도 수율이 떨어지면 “1% 이내로 관리해야 한다”가 되는 거죠. 즉 균일도 기준도 장비 스펙 + 실제 공정 데이터 + 소자 민감도를 같이 보고 현업에서 정해지는 값이에요~
정리하면, ±4% 같은 공정 마진이나 1%, 3% 같은 균일도 기준은 “교과서에 정해진 공식”이 있는 게 아니라, 소자가 버틸 수 있는 물리적 한계와 장비가 만들어내는 현실적인 변동성을 겹쳐서 만들어진 결과라고 이해하시면 딱 맞아요. 그래서 공정설계 직무에서는 이런 마진을 줄이기 위해 공정 조건을 더 안정화시키고, 공정기술 직무에서는 장비와 레시피를 개선해서 변동성을 줄이는 역할을 하게 되는 거고요~
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