주로 플라즈마 식각 (Plasma Etching) 또는 건식 식각 (Dry Etching) 설비에서 사용되는 부품인 Focus Ring에 대해 알아보도록 하겠습니다.
Focus Ring
Focus Ring은 Wafer를 고정하는 홀더를 감싸도록 구성되어 있는데, 구조 및 위치는 아래와 같습니다.
(Top, Bottom) 또는 (Inner, Outter) 등 회사마다 다양하게 불리는 것 같습니다.
Focus Ring의 역할
1. 플라즈마 균일화
Foucs Ring은 가장자리에 위치하여 플라즈마가 새어나가지 않도록 분포를 조절함으로써 Uniformity를 향상시키는 역할을 합니다. 이를 통해 Etch 공정이 웨이퍼 전체에 균일하게 일어나도록 하는 것입니다.
2. 웨이퍼 및 ESC 보호
식각 공정 중 웨이퍼 가장자리를 보호하는 역할을 합니다. 식각 가스나 플라즈마의 직접적인 영향을 줄여주어 웨이퍼 손상을 방지합니다. 또한 비싼 ESC(Electrostatic Chuck) 파츠가 마모 되기 전 Buffer 역할을 한다고 볼 수도 있습니다.
3. 열 제어
Focus Ring은 공정 중 발생하는 열을 균일하게 분산시켜 온도 차이로 인한 식각 불균형을 방지합니다.
4. 웨이퍼 고정
가장자리에서 웨이퍼를 고정하는 역할도 수행한다고 볼 수 있겠습니다.
Foucs Ring의 재질
Focus Ring의 재질은 공정 환경 및 사용 목적에 따라 Al2O3, SiO2, Y2O3 등의 다양한 소재가 사용됩니다. 유전상수가 작을 수록 Focus Ring의 Etch Rate가 낮아져, Wafer의 Etch Rate가 높아집니다.
주요 재료 및 특징들은 다음과 같습니다.
Si (실리콘, Silicon)
- 가장 저렴하여 많이 사용되었지만, 내구성이 떨어져 수명이 짧습니다.
- 따라서 교체주기가 짧은데, Focus Ring 교체에는 공정 중단 및 챔버 세정 등으로 인해 금액적인 손실이 발생합니다.
- Si 계열의 Focus Ring 사용시에는 플라즈마를 edge 부분으로 확대시킬 수 있다는 장점이 있습니다.
SiC (탄화규소, Silicon Carbide)
- 높은 열전도율과 내구성을 갖추고 있으며, 기존 Si보다 부식 진행이 1.5배~2배 느려 수명이 깁니다.
- 가공이 어려운 점으로 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.
- Wafer 크기가 커지고, 고온 공정의 정밀한 제어에 대한 필요성이 늘어나면서 많이 사용되고 있습니다
Al2O3 (알루미나, Alumina)
- 상대적으로 저렴하면서도 내마모, 내식성이 우수합니다.
- 실제로 설비에 잘 사용되는 것 같지는 않습니다.
Quartz (쿼츠, SiO2)
- 투명성과 내열성이 뛰어나며, Poly Etching에 주로 사용합니다.
- 가격이 저렴하나, 수명이 짧습니다.
- 천연 쿼츠가 아닌 합성 쿼츠를 통해 내구성 및 수명을 증가시켜 사용하기도 합니다.
Focus Ring의 관리와 수명
Focus Ring은 공정이 진행됨에 따라 함께 식각되므로, 소모성 부품으로 주기적인 교체가 필요합니다. Focus Ring이 제 역할을 못하면, 결국 수율 저하로 이어질 수 있습니다. 따라서 보통 Etch Uniformity가 저하되어, Spec out 되어지면 교체하는 것으로 알고 있습니다.
기존에는 Focus Ring 자체를 새 것으로 바꿨습니다. 하지만 최근 사용되는 Focus Ring들의 가격이 증가함에 따라, 코팅 과정을 통해 클리닝하여 몇 회 재사용할 수 있게 만들어집니다.
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