[반도체 8대공정] 4. 식각공정 (장비구성, 동작원리)

[식각장비 시스템 구성]

1. 전원 공급과 시스템 제어를 담당하는 제어부

• 교류, 직류 파워 등 기타 소스를 이용하여 웨이퍼의 반송 및 공정을 진행하는 모듈

2. 메인 프레임을 구동시키는 구동부

• 로드락 : 웨이퍼 카세트를 올려놓고 로딩하는 부분

3. 메인프레임 안에 있고 공정이 이뤄지는 챔버

• 식각챔버 : 식각이 실행되는 챔버
• 스트립 챔버 : 식각이 끝나고 폴리머를 제거하는 챔버
• 온도 하강 챔버 : 공정에 따라 온도가 올라간 웨이퍼를 실온으로 낮추는 챔버
• 웨이퍼 정렬 챔버 : 웨이퍼가 장비의 척에 정확히 위치되기 위해 Alignment룰 실행하는 챔버  

4. 웨이퍼 척의 온도를 조절하는 온도 조절부 (TCU : Temperature Control Unit)

 

5. 부수적 모듈 성분

• 챔버의 진공과 배기가스 배출을 우한 펌프 모듈
• 펌프에서 나온 유해가스를 분해하는 스크러버
• 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원 발생장치(RF Generator)

6. 유틸리티부

• 모듈간에 공급되는 가스, 물 등 외부에서 공급되는 물질들의 통로가 되는 배관 연결 부분

7. 조절 기기

• 웨이퍼를 배치시키고 공정 진행동안 흔들리지 않도록 잡아주는 웨이퍼 척

가스의 유량을 전기적으로 조절하는 MFC (Mass Flow Contoller)

 

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[모듈 배치]

 

(좌) 팹의 층별 구성도 (우) 모듈 배치도

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[공정 챔버]

• 외부로부터 가스, 파워 등을 공급받아 주어진 온도와 압력 내에서 원하는 패턴을 식각하는 챔버
• 플라즈마의 생성 여부에 따라 ICP, CCP 등의 장비로 구분

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[온도 제어부 TCU]

(좌) 온도 제어부  (우) 온도 안정화 단계 그래프

1. 온도 제어 장치의 역할

• 반도체용 온도 제어기, Chiller라고 함
• 반도체나 디스플레이 공정은 상당수 작업이 고온에서 이뤄져서 단계별 온도제어가 필요함
• 생산 공정 중간에 정확히 제어된 온도의 냉매를 공급하여 재료 및 장비를 다음 공정에 맞는 온도로 제어
• 온도제어 대상 : 이중구조(순환하는 냉매, 내부에 냉동사이클 존재)

2. 사용처

• 건식 식각 장비에 사용
• 진공증착, CVD 등의 공정에서 과도한 열을 식히기 위해 사용

3. 동작 원리

• 냉각기를 거친 차가운 냉매가 웨이퍼 척을 지나며 열을 빼앗는다
• 열을 빼앗은 냉매는 다시 냉각기로 들어가 냉각되어 웨이퍼 척으로 흐르는 싸이클을 반복한다
• 초과도 -> 과도 -> 정상 상태의 순서로 온도가 식혀진다.

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[진공 펌프]

1. 역할

• 진공을 유지하여 공정중에 필요없는 외부 particle을 제거
• 필요한 가스들의 유입 시 펌핑 배기로 원하는 압력 유지

2. 펌프별 특징과 구성 [드라이, 부스터 펌프]

• 오일을 사용하지 않아 역류에 의한 배관 내 오염을 막을 수 있음
• 기어가 쌍을 이루며 헬리클 회전을 하면서 흡기된 가스 배기
• 챔버의 진공을 배기하기 전 챔버까지 연결되어 선(fore-line) 배관 속의 가스 배기

 

3. 펌프별 특징과 구성 [터보 펌프]

• 여러 개의 회전날개가 고속회전 하면서 챔버 안에 가스를 밖으로 배기
• 역류해서 들어가는 가스는 존재할 수없어 고진공, 챔버의 청정도 유지

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[RF 발생기]

1. 역할

• 플라즈마를 발생시키기 위한 전력 공급기
• 법적으로 규정된13.56Mhz의 상용 주파수 사용
• 손실없이 챔버까지 도달하기 위해 정합 네트워크 또는 정합기 사용

 

(좌) RF 신호발생기 (우) RF 정합 네트워크

[RF 정합기]

1. 역할

• 챔버의 가변적 저항의 특성을 고려하여 최대한 50ohm으로 맞추기 위한 어댑터
• 챔버 임피던스를 자동으로 조절하는 장비 
• RF 발생기에서 발생하는 고주파를 이용하여 챔버에서 균일한 플라즈마가 생길 수 있도록 함.
• RF 발생기의 출력 임피던스 : 부하 임피던스 (테브난 등가저항에서 전력의 최대 전달을 위한 부하임피던스는 출력임피던스랑 같은 원리?)

2. RF정합 네트워크가 50ohn을 유지하는 이유

• 전자파 전력 전송 특성이 가장 좋은 임피던스 : 33ohm
• 신호파형의 왜곡이 가장 적은 임피던스 : 75ohm
• 중간값 : 49ohm (편의를 위해 50ohm)을 사용