1970년 빌 하딩 하루 이내에 집적 회로를 생산할 수 있는 완전 자동화된 웨이퍼 제조 라인을 구상했습니다. 그러한 목표는 54년 전에는 대담했을 뿐만 아니라, 첨단 IC의 제조 시간이 며칠이 아닌 몇 주 만에 측정되는 오늘날의 수십억 달러 규모의 팹에서도 대담한 목표일 것입니다. 당시에는 랜덤 액세스 메모리 칩과 같은 IC가 일반적으로 수십 개의 수동 작업장을 거쳐 한 달 동안 가만 가며 생산되었습니다.
당시 Harding은 IBM Manufacturing Research 그룹의 관리자였습니다. 이스트 피시킬, 뉴욕. 오늘날 거의 알려지지 않았지만 그의 비전을 현실로 만들기 위해 그가 주도할 프로젝트는 Project SWIFT라고 불렸습니다. 이렇게 놀라울 정도로 짧은 처리 시간을 달성하려면 설계 패러다임의 전환을 통해서만 달성할 수 있는 자동화 수준이 필요했습니다. 집적회로 제조 윤곽. Harding과 그의 팀은 이를 달성하여 결국 전 세계 반도체 산업 전반에 반영될 발전을 이루었습니다. SWIFT의 획기적인 혁신 중 다수는 이제 오늘날의 고도로 자동화된 칩 제조 공장에서 흔히 볼 수 있지만, SWIFT의 놀라울 정도로 짧은 처리 시간은 그 어느 때보다도 뛰어납니다.
SWIFT는 제조 프로세스의 각 레이어를 완료하는 데 평균 5시간이 소요되는 반면, 가장 빠른 최신 공장은 처리 레이어당 19시간이 걸리며 업계 평균은 36시간입니다. 오늘날의 집적 회로는 더 많은 레이어로 구성되어 있고, 작은 피자 크기의 더 큰 웨이퍼에서는 처리가 더 복잡하지만 이러한 요인으로 인해 격차가 완전히 줄어들지는 않습니다. Harding의 자동화 제조 라인은 정말 정말 신속했습니다.
반도체 제조 선언문
나는 1962년에 처음으로 하딩을 만났고 그것이 마지막이기를 바랐다. IBM 최초의 완전 솔리드 스테이트 컴퓨터 생산을 준비하고 있었습니다. 시스템/360. 다소 험난한 만남이었습니다. “그게 대체 무슨 소용이야?” 내가 테스트와 분류를 위해 작고 포장되지 않은 반도체 다이스를 자동으로 대량으로 처리할 수 있는 방법을 시연하자 그는 나에게 고함을 질렀다.
저자 제시 아론스타인 [at far right, in top photo] Project SWIFT의 장비 그룹 관리를 잠시 쉬고 Southern Dutchess Pops Orchestra와 함께 일주일에 한 번씩 프렌치 호른을 연주했습니다. 또 다른 핵심 관리자인 Walter J. “Wally” Kleinfelder [bottom left]오른쪽에 서서 Project SWIFT의 프로세스 그룹을 이끌었습니다. 윌리엄 E. “빌” 하딩 [bottom right]1973년에 이곳에 등장한 는 무뚝뚝한 제2차 세계 대전 참전 용사이자 창의적인 혁신가였습니다. 그는 하루 만에 집적회로 제작에 성공한 IBM의 프로젝트 SWIFT를 구상하고 감독했습니다.위에서부터 시계방향으로: IBM/컴퓨터 역사 박물관; IBM (2)
윌리엄 E.(“빌”) 하딩 혁신적인 사상가이자 발명가였습니다. 그는 회사가 새로 설립되었을 때 3년 동안 IBM에서 반도체와 제조 기술을 개발해 왔습니다. 부품사업부 Harding은 1961년에 설립되었습니다. Harding은 새로운 부서의 중간 관리자가 되어 System/360의 솔리드 스테이트 장치 및 회로 모듈을 제조하는 데 필요한 장비를 개발하고 생산하는 일을 담당했습니다.
그는 IBM 관리자의 가장자리에서 거칠었습니다. 그러나 아마도 그것은 뉴욕주 브루클린에서 성장하고 조지 S. 패튼 장군의 제3군에서 복무하던 중 제2차 세계 대전에서 세 차례 부상을 입은 사람에게서는 예상된 일이었을 것입니다. 전쟁 후 하딩은 수학과 물리학 학사 및 석사 학위를 취득하고 IEEE 회원이 되었습니다.
나는 General Electric에서 로켓 엔진 개발을 하다가 1961년에 IBM에 입사했습니다. 당시 대부분의 엔지니어들처럼 나도 반도체 제조에 대해 아무것도 몰랐습니다. 5년 전, 나는 진공관 전자공학 강좌에 참석했는데, 그 강의에서 교수는 트랜지스터를 “아무것도 될 수도 있고 없을 수도 있는 실험실의 호기심”이라고 묘사했습니다.
프로젝트 SWIFT는 IBM의 거대한 East Fishkill 반도체 시설에 있는 건물 310의 작은 공간(여기 노란색으로 표시)을 차지했습니다. IBM
하딩의 거칠고 거친 태도는 내가 그와 마주칠 때마다 드러났다. 그 사람이 IBM에 갔더라면 “매력학교” (경영교육), 이에 대한 뚜렷한 증거는 없었습니다. 그럼에도 불구하고 그는 임무를 완수했습니다. 1964년에는 System/360용 솔리드 스테이트 로직 모듈이 East Fishkill의 이전 농장에 있던 부품 사업부의 새 시설에서 흘러나왔습니다.
나는 3년간의 대학원 공부를 마치고 1970년 7월 IBM으로 돌아왔습니다. 나는 교육이 중단되기 전 4년 동안 1급 관리자였으며 다른 관리직을 원하지 않았습니다. 저는 순수한 기술 경력을 원했고, 이 직업을 얻기 위해 East Fishkill의 제조 연구(MR) 그룹에 합류했습니다.
하딩과 나는 다시 길을 건넜다. 1970년 8월 중순에 그는 MR의 최고 관리자가 되었습니다. 그 전에 그는 미래의 제조 및 사용을 위한 IBM 기업 전략을 개발하는 데 1년을 보냈습니다. 초대형 통합 (VLSI) 회로. 그는 제조 개념의 실행 가능성을 보여주기 위해 MR의 명령을 받았습니다.
경영진 교체를 알리기 위해 MR 직원 회의가 소집되었습니다. 소개된 후 Harding은 향후 VLSI 애플리케이션 및 제조에 대한 자신의 견해를 설명했습니다. 그의 핵심 내용은 다음과 같습니다.
- VLSI 회로는 전계 효과 트랜지스터 기술을 기반으로 합니다(당시에는 양극 접합 트랜지스터가 지배적이었습니다).
- 결함 없는 높은 수율이 가장 중요합니다.
- 제조는 완전히 자동화될 것입니다.
- 한 번에 하나의 웨이퍼를 처리하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
- 짧은 처리 시간은 중요한 이점을 제공합니다.
- 성공적인 생산 라인을 복제하여 볼륨이 확장됩니다.
교육 강의가 끝난 후 하딩은 교수에서 패튼 장군 스타일의 사령관으로 바뀌었습니다. MR의 유일한 임무는 Harding의 아이디어를 입증하는 것이었고, 해당 목표와 일치하지 않는 진행 중인 프로젝트는 IBM 내의 다른 곳으로 이전되거나 포기될 것입니다. MR은 높은 수율과 하루의 처리 시간으로 하루에 약 100개의 웨이퍼를 한 번에 처리할 수 있는 자동화 시스템을 구축할 수 있음을 증명할 것입니다.
무엇? 내가 들은 게 맞나요? 베어 웨이퍼에서 완성된 회로까지 하루 만에 완료되는 것을 우리는 이제 달의 기회라고 부릅니다. 당시에는 일반적으로 한 달 이상이 걸렸습니다. 정말 진심이었나요?
하딩은 그것이 이론적으로 가능하다는 것을 알고 있었고 그것을 달성하기로 결심했습니다. 그는 프로토타입 실험용 IC 설계를 몇 달이 아닌 하루 만에 생산할 수 있다면 IBM이 상당한 경쟁 우위를 갖게 될 것이라고 선언했습니다. 그는 회로 설계자가 생산 라인에 디지털 설명을 제출한 다음 날 테스트 가능한 회로를 갖기를 원했습니다.
베어 웨이퍼에서 완성된 회로까지 하루 만에 완료되는 것을 우리는 이제 달의 기회라고 부릅니다.
Harding은 즉시 MR 내에서 장비 그룹과 프로세스 그룹을 구성하고 장비 그룹을 관리하도록 나를 지명했습니다. 나는 다시는 매니저가 되고 싶지 않았습니다. 이제 마지못해 나는 거의 시각화하기 시작했지만 아직 정의되지 않은 제조 라인의 모든 처리 및 웨이퍼 처리 장비 개발을 담당하는 2급 관리자가 되었습니다. 내 꿈의 연구 작업은 한 달 남짓 지속되었습니다.
월터 J.(“월리”) 클라인펠더 프로세스 그룹을 관리하기 위해 MR로 전송되었습니다. 그들은 제조할 제품을 선택하고 제품이 만들어질 공정, 즉 빈 실리콘 웨이퍼를 가져와 그 표면에 높은 수율로 집적 회로를 구축하는 데 필요한 화학적, 열적, 리소그래피 단계의 상세한 순서를 정의합니다.
Kleinfelder는 우리의 시연을 위해 랜덤 액세스 메모리 칩인 IBM RAM II를 선택했습니다. 이 제품은 East Fishkill 현장에서 생산되고 있었기 때문에 우리는 이를 구축하고 기존의 자동화되지 않은 제조 라인과 비교하여 결과를 평가하는 데 필요한 모든 것을 갖추고 있었습니다.
IBM의 SWIFT 파일럿 웨이퍼 공장에는 모노레일 “택시”가 있었습니다.
집적 회로 제조에는 먼저 실리콘 웨이퍼 표면의 적절한 위치에 트랜지스터와 기타 구성 요소를 만든 다음 선택적으로 에칭된 알루미늄 박막을 추가하여 필요한 배선 패턴을 생성하여 함께 배선하는 작업이 포함됩니다. 도체의 얇은 필름은 배선 또는 금속화 층으로 알려져 있습니다.
IC 제조 용도 사진석판술 IC를 제조하는 데 필요한 각각 독특한 패턴을 가진 많은 레이어를 생성합니다. 여기에는 오늘날 고급 칩의 경우 12개 이상이 될 수 있는 금속 배선 레이어가 포함됩니다. 이 단계에서 웨이퍼의 금속층은 감광성 코팅으로 코팅됩니다. 포토레지스트 재료에 패턴의 이미지가 노출됩니다. 전도체가 형성되는 영역은 빛이 차단됩니다. 현상 시 노출된 패턴 부분에서 레지스트가 제거되어 해당 부분을 산으로 에칭할 수 있습니다. 나머지 표면은 내산성 레지스트로 보호됩니다. 에칭이 완료된 후 남은 보호용 레지스트를 제거하고 필요한 패턴의 배선층만 남깁니다.
프로젝트 SWIFT 개요
Project SWIFT 제조 라인은 5개 “섹터”를 기반으로 했습니다. 각각은 리소그래피 마스크 패턴 노광 사이의 모든 공정 단계를 수행하는 밀폐된 자동차 크기의 기계였습니다. 섹터 1과 5를 제외하고, 웨이퍼는 개발 준비가 완료된 패턴 노광 포토레지스트가 있는 섹터에 진입했으며 다음 패턴 노광이 준비된 새로운 포토레지스트가 있는 섹터에서 빠져나왔습니다. 택시는 개별 웨이퍼를 한 섹터에서 리소그래피 패턴 노광 스테이션으로, 이어서 다음 섹터로 운반했습니다.
SWIFT 제조 라인은 3단계 제어 시스템 계층 구조에 의해 제어되었습니다. 최고 수준에서는 IBM 1800 컴퓨터가 전체 라인을 관리했습니다. 이는 처리 및 웨이퍼 처리 하위 부문이 포함된 5개 처리 부문 각각의 컨트롤러와 통신했으며 일부는 자체 컨트롤러를 사용했습니다.
IC 공정에서는 또한 리소그래피를 사용하여 실리콘 웨이퍼에 트랜지스터와 기타 구성 요소를 만듭니다. 여기에서는 절연층에 개구부가 에칭되어 있으며, 이를 통해 순수 실리콘의 노출된 지점에 소량의 특정 불순물이 주입되어 전기적 특성이 변경될 수 있습니다. RAM-II IC를 생산하려면 4개의 서로 다른 패턴을 사용하는 4개의 별도 리소그래피 작업이 필요했습니다. 3개는 트랜지스터 및 기타 구성 요소를 생성하기 위한 것이고, 1개는 금속 배선 층을 생성하기 위한 것입니다. 칩을 성공적으로 생성하려면 네 가지 패턴이 서로 정확하게 정렬되어야 했습니다.
리소그래피 그러나 이는 IC 제조 공정의 일부일 뿐입니다. 기존 생산라인에서는 RAM-II 웨이퍼 한 장을 가공하는 데 수 주가 걸렸다. 그러나 원시 공정 시간(다양한 열, 리소그래피, 화학 및 증착 스테이션에서 웨이퍼가 실제로 작업되는 데 소요되는 시간)은 48시간 미만이었습니다. 웨이퍼 시간의 대부분은 다음 공정 단계를 기다리는 데 소요됩니다. 그리고 웨이퍼가 한 단계에서 다음 단계로 빠르게 진행되면 일부 단계, 특히 화학적 세척이 제거될 수 있습니다.
어떤 단계를 제거하고 어떤 단계를 가속화할 수 있는지 결정하는 것은 Kleinfelder 그룹의 책임이었습니다. 결과적으로 원시 처리 시간은 15시간 미만이었습니다. 그런 다음 다음으로 떨어졌습니다. 마웅 투화학 장비 개발 관리자가 제안된 프로세스를 테스트합니다. 그의 직원들은 1.25인치 직경의 웨이퍼를 “냄비와 팬” 실험실 설정을 통해 평가하고 개선했습니다. 단축된 절차를 통해 예상대로 약 15시간 만에 작동 회로를 성공적으로 제작했습니다.
자동화된 시스템의 아키텍처가 구현되었습니다. 처음에는 자동차 조립 라인처럼 각각 프로세스의 한 단계를 수행하는 일련의 연결된 기계로 구상되었습니다. 그러나 예방적 유지보수 및 고장 수리를 위한 장비 가동 중단 시간도 이에 따라야 했습니다. 수정되었습니다. 이는 필요할 때 프로세스 체인의 선택된 지점에 웨이퍼를 일시적으로 저장하는 단기 저장 “버퍼”를 삽입함으로써 달성되었습니다.
이 프로세스 체인 개념은 다음과 관련된 고려 사항으로 인해 더욱 혼란스러워졌습니다. 리소그래피 패턴 이미징. 웨이퍼에 포토레지스트를 노출시키는 작업은 일반적으로 사진 접촉 인쇄와 유사한 공정을 통해 이루어졌습니다. 노출 시 빛이 비치는 석판 마스크 포토레지스트사진 네거티브와 동일했습니다. 마스크의 결함이나 입자는 웨이퍼마다 동일한 위치의 칩에 해당 결함을 발생시킵니다.
East Fishkill 리소그래피 그룹은 비접촉식 10:1 축소 기술을 개발했습니다. 단계별 반복 이미지 프로젝터. 칩의 단일 레이어에 대한 패턴을 포함하는 축소된 이미지를 생성하는 일종의 사진 슬라이드 프로젝터라고 생각하십시오. 그런 다음 웨이퍼를 가로질러 “걸어가며” 한 번에 하나의 칩 위치를 노출했습니다. 접촉 마스킹과 관련하여, 스테퍼 떠다니는 입자의 그림자 크기가 10:1로 줄어들기 때문에 미립자 오염에 대한 민감도가 낮아질 것이라고 약속했습니다. 다른 장점으로는 더 높은 광학 해상도와 더 긴 마스크 수명이 있습니다.
– 유튜브www.youtube.com
그러나 속도가 느리기 때문에 처리량 목표를 충족하려면 여러 스테퍼가 필요했습니다. 다중 패턴 노출을 위해 각 웨이퍼에서 최상의 패턴 정렬을 달성하려면 프로세스 체인의 각 레이어를 노출하기 위해 웨이퍼를 동일한 스테퍼로 다시 라우팅해야 했습니다. 이는 한 기계에서 다른 기계로의 약간의 변화로 인해 발생하는 이미지 왜곡 효과를 상쇄합니다. RAM-II 회로를 구축하려면 웨이퍼가 할당된 스테퍼로 4번의 별도 이동을 해야 했습니다. 이는 선형 시퀀스를 5개의 섹터로 나누었습니다. 모노레일 “택시”는 웨이퍼를 한 처리 구역에서 지정된 스테퍼로 가져갔다가 나중에 돌아와서 다음 구역으로 가져갑니다.
5개 부문 각각은 프로세스 체인의 해당 부문을 달성하는 데 필요한 모든 자동화된 웨이퍼 처리 및 처리 장비를 포함하는 인클로저로 구상되었습니다. 섹터 인클로저와 택시는 웨이퍼에 청정실 품질의 로컬 환경을 제공하도록 설계됩니다. 일반적으로 섹터 엔클로저 내에서 웨이퍼는 습식 화학 모듈에서 소형 용광로, 포토레지스트 적용 모듈, 마지막으로 택시 픽업 포트로 직접 전달됩니다. 예를 들어, 습식 화학 모듈 내부에서 웨이퍼는 세척, 포토레지스트 현상 및 제거, 에칭 등의 절차를 거칩니다.
전체 라인의 제어는 세 가지 수준에서 이루어졌습니다. 전반적인 생산 라인 관리, 기록 보관, 택시 물류 및 프로세스 모니터링은 중앙 컴퓨터 기반 시스템에서 처리됩니다. 각 섹터마다 하나씩 있는 전용 컨트롤러는 해당 섹터 내의 웨이퍼 물류를 관리하고 웨이퍼 트래픽 및 처리 데이터를 중앙 시스템에 공급합니다. 각 섹터 인클로저 내부의 개별 처리 및 웨이퍼 처리 모듈에는 필요에 따라 독립적인 설정 및 유지 관리를 위한 자체 특수 제어 장치가 있습니다.
마지막으로 구성된 RAM-II 칩의 자동화된 데모 라인은 5개 섹터, 택시 및 리소그래피 패턴 이미징 센터로 구성되며 모두 컴퓨터로 관리됩니다. Harding이 지휘권을 잡은 지 6개월 후 MR은 실제 시스템을 설계하고 구축하기 시작했습니다.
뻔뻔스러운 중간 관리자는 문학에서 영감을 얻었습니다
하딩은 자주 여행을 갔다 IBM의 본사뉴욕주 아몽크에서 진행 상황을 보고하고, 자원을 요청하고, 도전에 대해 반박하고, 지출된 돈이 미래를 위한 좋은 투자였다는 점을 최고위층에 설득했습니다. 힘든 임무였습니다. 그의 긴 주간 직원 회의는 종종 그가 겪고 있는 압박감을 반영했습니다. 그는 우리가 알고 있는 것에 대해 길게 강의하고, 우화적인 이야기를 하고, 비유를 펼쳤습니다.
당시 나는 그가 직원 회의를 통해 Armonk에서 프레젠테이션을 위한 아이디어를 개발하고 개선하고 있다는 사실을 깨닫지 못했습니다. 그는 우리의 반응을 주목하고 그에 따라 프레젠테이션 아이디어를 조정했습니다. 최고위층에 대한 그의 프레젠테이션은 효과적이었습니다. 약 3년에 걸친 프로젝트 기간 동안 MR은 전체 시스템을 개발, 설계, 구축 및 운영하는 데 필요한 모든 자금과 지원을 받았습니다.
한 직원 회의에서 Harding은 Heywood Broun의 단편 소설 “51번째 드래곤,” 사람들이 불가능한 것을 성취하도록 동기를 부여하는 이름이나 슬로건의 힘을 강조합니다. 물론 그의 요점은 프로젝트에 정말 좋은 이름이 필요하다는 것이었습니다. 결국 “SWIFT”가 선택되었습니다. 하딩은 항상 그것이 약어가 아니라고 주장했지만 그럼에도 불구하고 사람들은 그것이 “반도체 웨이퍼 통합 공장 기술”의 약어라고 생각했습니다.
SWIFT의 믿을 수 없을 정도로 짧은 처리 시간은 그 어느 때보다도 빠릅니다.
SWIFT의 처리 및 웨이퍼 처리 장비는 전적으로 IBM 부품 사업부 내에서 맞춤 설계되었습니다. 주요 설계 목표는 웨이퍼를 자동으로, 일관되게, 균일하게 처리하고 웨이퍼를 깨끗하고 손상되지 않게 유지하는 것이었습니다. 웨이퍼 취급 실험을 통해 가장 깨끗하고 부드러운 기술을 선별했습니다. 핸들링 장비는 웨이퍼를 잡는 것이 아니라 웨이퍼를 지지하도록 설계되었습니다. 웨이퍼 위의 공기 흐름을 사용하여 물리적 접촉 없이 웨이퍼를 들어올리는 새로운 웨이퍼 핸들러가 일부 웨이퍼 운송 이동에 성공적으로 통합되었습니다.
SWIFT 핸들링 장치의 “깨끗하고 부드러운” 디자인에는 한 가지 예외가 있었습니다. 버몬트 주 벌링턴에 있는 부품 사업부의 경영진은 Harding에게 자신들이 개발한 “에어 트랙” 웨이퍼 운송 장비를 사용하도록 압력을 가했습니다. 이 장비는 에어하키 게임의 퍽처럼 공기 흐름을 사용하여 웨이퍼를 들어 올리고 이동했습니다. Harding은 Burlington의 지속적인 지원이 필요했기 때문에 SWIFT에서 일부 항공 트랙 장비를 사용하도록 명령했습니다. 그리고 웨이퍼 오염과 신뢰성 문제가 해결되지 않았음에도 불구하고 그렇습니다.
또 다른 하향식 법령은 SWIFT가 유지 관리성을 위한 좋은 설계와는 정반대인 두 가지 유형의 섹터 제어 시스템을 갖게 된 이유를 설명합니다. 맞춤형 컨트롤러가 설계되었으며 5개의 유닛(각 부문당 1개)이 제작 중이었는데, 본사에서 새로 발표한 컨트롤러를 통합하도록 요구했습니다. IBM 시스템/7이는 공장 장비 및 프로세스 제어 애플리케이션을 위해 특별히 개발되었습니다. 결국, IBM 자체가 자체 고급 생산 라인에서 컴퓨터를 사용하지 않았다면 잠재 고객은 “왜 안 될까?”라고 궁금해할 것입니다. 그러나 SWIFT가 System/7을 사용하고 프로젝트가 성공한 것으로 입증된다면 System/7 판매에 도움이 될 것입니다. 따라서 5개 부문에 대해 SWIFT는 4개의 맞춤형 컨트롤러와 1개의 System/7을 갖게 되었습니다. 두 유형 모두 잘 작동했습니다.
장비 신뢰성은 SWIFT의 아킬레스건이었습니다. 높은 신뢰성과 유지 관리 용이성을 달성하기 위해 특정 메커니즘과 제어 장치가 시스템 전반에 걸쳐 사용되도록 표준화되었으며, 참신함이나 우아함보다는 신뢰성과 단순성을 기준으로 선택되었습니다. 예를 들어, 작동 중인 시스템을 관찰하는 사람은 단일 횡단이 아닌 별개의 부드러운 단계로 많은 모션이 수행되었음을 알 수 있습니다. 그 특징의 밑바탕에는 단순하고 견고하며 신뢰할 수 있는 도구를 광범위하게 사용하는 것이 있었습니다. 제네바 드라이브원래 수세기 전에 시계용으로 개발되었지만 이제는 끝점에서 부드럽고 정확하게 고정되어야 하는 선형 및 회전 동작에 맞게 조정되었습니다. 제네바 드라이브 입력 샤프트의 쉽게 제어되는 각 회전은 한 단계를 이루었습니다. 긴 횡단에는 샤프트의 여러 회전이 필요하여 이상하게 보이는 동작이 발생했습니다.
섹터의 밀폐된 챔버 내부에서 웨이퍼는 일련의 완전히 자동화된 처리 단계를 거쳤습니다. 초기 컨셉 스케치 중 두 개가 여기에 표시됩니다. 웨이퍼는 레지스트에 노출된 패턴과 함께 상부 챔버로 들어와 표시된 대로 현상, 경화, 에칭 등을 포함하는 일련의 처리 단계를 거쳤습니다.
또 다른 단순화는 웨이퍼를 회전시켜 웨이퍼 중앙에 떨어뜨린 액체 포토레지스트를 원심력으로 확산시키는 것이었습니다. 기존 라인에서는 레지스트 관련 웨이퍼 가공 불량의 원인으로 ‘잘못된 스핀 속도’가 자주 거론됐다. 축음기 턴테이블이 구동되는 것처럼 60Hz AC 전원에 의해 3,600rpm으로 고정된 동기식 AC 모터로 SWIFT의 스피너를 구동하여 회전 속도를 변수로 제거했습니다. 속도 컨트롤러가 필요하지 않습니다. 온도, 점도 및/또는 회전 시간 등 나머지 변수를 조정하여 원하는 포토레지스트 필름 두께를 얻을 수 있습니다. 결국 4개의 개별 속도 컨트롤러를 제거하여 시스템 신뢰성이 향상되었습니다.
SWIFT가 파란 하늘 개념에서 실제 하드웨어 구현으로 진행됨에 따라 Harding은 MR의 조직을 조정하고 지원 그룹의 협력을 얻었습니다. 그는 직원들이 업무를 수행할 수 있는 자원을 갖고 있고 프로젝트에 집중할 수 있도록 했습니다. 나는 그의 조직 능력과 회사 내에서 최고의 인재를 선별하고 채용하는 능력에 감탄하게 되었습니다.
Harding은 SWIFT의 마스터 제어 시스템을 개발하기 위해 그룹을 설립했습니다. 이 시스템은 섹터를 통과하는 모든 웨이퍼의 진행 상황을 모니터링했습니다. 이 실행 제어 시스템(ECS)은 다음을 기반으로 했습니다. IBM 1800. 각 웨이퍼에는 일련 번호가 있으며 라인의 모든 단계에서 추적되었습니다. ECS는 각 웨이퍼의 처리 매개변수를 저장하고 모니터링하여 사양을 벗어난 상황을 감지하고 신속하게 대응했습니다. 펀치 카드와 테이프 카트리지는 오늘날 기준으로 보면 진부해 보이지만 웨이퍼 라인의 생산 제어 및 모니터링에 있어서는 큰 발전이었습니다.
그는 또한 Sam Campbell이 관리하는 전체 계측 부서를 IBM Endicott에서 East Fishkill로 이전했습니다. Campbell의 부서는 이후 SWIFT를 위한 실시간 현장 공정 제어를 위한 획기적인 방법을 개발했습니다.
반도체 제조 분야의 짧은 수명이지만 지속적인 유산
용광로 및 화학 프로세서의 모형을 제작하고 테스트했습니다. 로버트 J. 스트라우브East Fishkill 제조 엔지니어링 그룹의 부서는 해당 부문과 처리 장비 모듈을 설계하고 구축했습니다. 하딩이 데려왔다 베반 PF 우 라인의 설치, 디버깅 및 운영을 관리합니다. 장비와 시설이 SWIFT의 4,000평방피트 전용 공간에 통합되면서, 롤프 H. 브루너진공 증착 장비 개발과 함께 섹터 설계의 상당 부분을 관리했던 는 우 밑에서 장비 설치, 시동 및 디버깅을 담당했습니다.
전체 프로세스 중 단 하나의 작업만이 완전히 자동화되지 않았습니다. 포토레지스트에 패턴을 노출시키기 위한 웨이퍼 정렬은 여전히 잘 훈련된 작업자에게 달려 있었습니다. 최종 형태에서 SWIFT에는 10:1 광학 스테퍼와 1:1 접촉 마스크 기계가 모두 있었지만 공교롭게도 생산된 칩의 대부분은 1:1 기계를 사용했습니다. 왜냐하면 처리량이 더 높았기 때문입니다. .
1973년 말까지 IBM 본사는 이미 웨이퍼 처리의 완전 자동화가 성공할 수 있다고 확신했습니다. 이 목표는 IBM의 차세대 컴퓨터인 “FS”용 회로를 생산하기 위한 새로운 웨이퍼 처리 라인의 주요 목표로 채택되었습니다.미래 시스템). 제안된 새로운 라인은 “FMS”(Future Manufacturing System)로 명명되었으며 SWIFT는 “FMS Feasibility Line”으로 이름이 변경되었습니다.
Bevan Wu는 라인 완성, 테스트 실행, 인력 교육, 장비, 프로세스 및 절차 개선을 성공적으로 관리했습니다. 그는 IBM 제품용 회로를 생산할 수 있는 자격을 갖추게 되었습니다. 시스템은 1974년 중반부터 1975년 초까지 5번의 연속 작동을 수행했습니다. 작동 사이에 그의 그룹은 결과를 분석하고 개선 사항을 구현했습니다. 가장 긴 연속 실행 기간은 12일이었습니다. 웨이퍼 처리량은 하루 평균 58개의 웨이퍼로 설계 최대치의 83%에 달했습니다. 베어 웨이퍼 입력부터 테스트 가능한 회로 출력까지 평균 처리 시간은 약 20시간이었습니다. 원시 처리 시간은 14시간이었습니다. 생산량은 궁극적으로 East Fishkill의 기존 RAM-II 생산 라인에서 달성한 최고 수준과 동일했습니다.
전 세계 IBM 지사에서 총 135명의 기술자, 엔지니어 및 관리자가 시스템 운영 교육을 받았습니다. 그들은 17,000개의 RAM-II FET 메모리 칩을 사용하여 600개의 제품 품질 웨이퍼를 생산했습니다.
그러나 그의 제2차 세계대전 사령관인 Patton 장군과 마찬가지로 Harding은 “큰 쇼”를 이끌기 위해 우회되었습니다. Harding의 경우에는 새로운 FMS 자동화 라인의 생성이 있었습니다. 그는 관리 경력 사다리를 뒤로하고 회사의 최고 비관리 직급인 IBM Fellow로 승진했습니다.
원래 SWIFT였던 FMS 타당성 라인은 1975년 초에 마지막으로 연속 실행되었습니다. 목표를 달성했습니다. 이제 FS 컴퓨터를 생산하기 위해 FMS 라인을 만드는 데 도움을 줄 사람들이 필요했습니다. 그러나 1975년 후반에 FS 프로젝트가 취소되고 FMS는 불필요해졌습니다. FMS용 장비 일부가 East Fishkill의 제품이 되었습니다. QTAT(빠른 처리 시간) 라인은 모호한 전작인 Project SWIFT보다 더 잘 기억되는 획기적인 IBM의 대표작입니다.
SWIFT의 수명은 짧았고 결코 각광을 받지는 못했지만 SWIFT의 많은 혁신은 오늘날의 반도체 공장에서 분명히 볼 수 있습니다. SWIFT와 마찬가지로 이러한 팹은 고도로 자동화되고 컴퓨터로 제어됩니다. 공기의 흐름을 이용하여 물리적인 접촉 없이 웨이퍼를 들어올리는 중앙 운송 시스템과 “베르누이(Bernoulli)” 핸들러를 보유합니다. 산화물 또는 금속 필름 형성 후 즉시 레지스트를 도포하고; 리소그래피 패턴 노출을 위해 스테퍼를 사용합니다. 실시간 프로세스 제어를 사용합니다. 이 모든 것은 50년 전 Project SWIFT의 획기적인 기능이었습니다.
SWIFT에서 Harding 밑에서 3년 동안 일한 경험은 저에게 큰 변화를 가져왔습니다. 설렘으로 시작된 일은 감탄으로 끝났다. 나는 빌 하딩을 그 나름의 방식으로 진정한 천재라고 생각하게 되었습니다. 그의 독특한 경영 스타일에 박차를 가하고 지원받은 소수의 헌신적인 사람들은 처음에 상상했던 것보다 훨씬 더 많은 것을 성취했습니다. 우리 자신도 가능하다고 생각했던 것보다 더 많은 것입니다.
우리는 업계 최초의 성취자를 자신의 발명품을 현대적으로 구현한 “아버지”라고 생각합니다. 에디슨, 벨, 포드, 라이트 형제는 일반적으로 이런 식으로 언급됩니다. 그런 의미에서 윌리엄 E. 하딩(William E. Harding)은 분명히 현대적이고 자동화된 수십억 달러 규모의 팹의 아버지입니다.
