안녕하세요, 송송입니다. 이번 시간부터는 반도체 장비에 들어가는 부품들에 대해 간단히 알아보고자 합니다. 저번에도 말씀드렸듯, 반도체 장비에 들어가는 부품들은 소모성 부품이 많습니다. 그 이유는...!! 그냥 자다가도 대답이 나와야합니다. 왜겠어요. 기업에서 반도체 장비는 제품을 생산하는 로봇과도 같죠. 이 로봇은 제품을 생산해내고, 생산된 것들은 곧 돈입니다. 그렇기 때문에 24시간 주야 계속 생산해내야하죠. 그런데, 사용 시간이 길어짐에 따라 제품의 불량률이 증가합니다. 이유는 오염 또는 마모 등 다양하겠죠. 그렇기 때문에 각 부붐에는 수명이 존재하고, 기업에서는 실시간으로 공정 모니터링을 통해 수명 주기를 예측하고 이에 따라 부품을 교체 또는 세정하는 등의 조치를 취하고 있습니다.
그렇다면, 이렇게 소모되는 부품들.. 웬만하면 오래쓰고~ 값이 싸면 좋겠죠? 그렇기 떄문에 글로벌 대기업이나 국내 대기업의 경우에는 명령을 내리는것이죠..
대기업 : "자자 여려분, 싸고 좋은 물건 있음 말해주세요. 제가 사겠습니다"
반도체 소부장 기업 : "예~ 저희 회사게 최고입니다요~ 한번 써보십쇼~"
많은 반도체 소부장 기업들은 대기업 장비에 사용되기를 희망합니다. 그래야 먹고 사니까요. 그렇기 때문에 이를 위한 연구 투자가 활발해지고 있습니다.
서두가 매우 길었네요.. 그럼 먼저 챔버 내부의 부품은 어떤 것들이 있는지 한번 보겠습니다.
목적에 따라, 조금의 차이가 존재하겠습니다만 일반적인 챔버 내부는 위 그림과 같은 구성으로 되어 있습니다.
오늘은 이 중에서 포커스링(Focus Ring)을 알아보도록 하겠습니다.
1. 포커스링(Focus Ring)
- 챔버 내에서 Wafer를 고정하는 역할을 하는 Ring
- 플라즈마 밀도를 균일하게 유지하고, 웨이퍼 edge 부분의 오염을 방지하는 역할을 하고 있습니다.
- 뿐만 아니라, ESC 제품이 마모되는 것을 막는 역할을 합니다.
포커스링의 경우, 장시간 플라즈마에 노출되면 오염 및 마모되는데요, 이렇게 된 포커스링은 플라즈마를 왜곡시켜 원하는 제품 생성이 되지 않을 수 있습니다. 때문에 주기적인 교체가 필요한 소모품인 것이죠.
▶ 포커스링 소재
1) 실리콘(Si)
- 가장 싸기 때문에 사용되어 왔지만.. 현재 교체 주기가 빠르기 때문에 보다 우수한 소재들이 사용되고 있다.
* 부품을 교체할떄는 장비가 Shut-down이 되는데요, 장비가 멈춘다 = 생산 불가 = 매출 하락
자주 부품을 교체하면 그만큼 손해를 본다는 것입니다. 뿐만 아니라, 제가 내플라즈마 코팅에 대해 말씀 드리면서 새 제품을 교채하면 다 좋은것만은 아니라고 말씀드렸습니다.
늘 쓰던 공정 분위기가 변했기 때문에, 공정 분위기도 원래대로 맞추기 위한 시간을 써야하는것이지요..
2) SiC
- 고밀도 플라즈마가 사용됨에 따라, 열적 특성이 우수한 SiC 소재가 포커스링으로 제작되었습니다. 현재 SiC링의 경우, 부품 교체 주기가 약, 15일 ~ 20일으로, 실리콘 링(10일 ~ 12일)에 비해 길어 생산 단가를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.
3) Quartz
- 증착 공정에서의 포커스링으로 많이 사용됩니다.
- 합성 쿼츠로 일반 쿼츠 대비 성능을 높여 사용하고 있습니다.
위 그림처럼 직접 보시면 알겠지만, 교체 주기가 길수록, 단가가 쌀수록 기업 입장에서는 선호할 수 밖에 없는 소재겠죠?
그러나, 각 공정의 특성에 맞게 소재를 잘 선택하여야 합니다. 제 아무리, 뛰어난 소재라고 해도, 사용하고 있는 공정 조건에 따라 상이할 수 있기 때문이죠.
현재 국내 많은 반도체 소재 부품 회사들이 물론 포커스링 소재 개발만 하는것은 아니지만, 더 우수한 내플라즈마성을 갖는 소재를 개발해 내기 위해 연구하고 있습니다.
최근에 B4C라는 소재로 제작된 포커스링이 차세대 포커스링으로 꼽히고 있는데, 이는 SiC와 마찬가지로 고온 및 플라즈마에 대한 내식성이 강해 삼성전자, SK하이닉스에서 테스트한다는 기사를 본적 있습니다..
하지만, 결과가 어떤지는 잘 모르겠네요. 다만, 현재 B4C링은 파티클(오염입자) 문제에서 자유롭지 못하기 때문에 기술적으로 개선이 이루어져야 할듯 하다고 합니다.
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이번 시간에는 반도체 장비에서 소모 부품 중 대표적으로 알려져 있는 포커스링에 대해 간단히 알아보았습니다.
고생하셨습니다.!