SiC 세라믹: 반도체 제조의 고정밀 부품에 없어서는 안 될 소재

SiC는 고밀도, 높은 열 전도성, 높은 굽힘 강도, 높은 탄성 계수, 강한 내부식성, 뛰어난 고온 안정성을 비롯한 바람직한 특성의 고유한 조합을 보유하고 있습니다. 굽힘 응력 변형 및 열 변형에 대한 저항성은 웨이퍼 에피택시 및 에칭과 같은 중요한 제조 공정에서 직면하는 혹독하고 부식성이 있으며 초고온 환경에 매우 적합합니다. 결과적으로 SiC는 연삭 및 연마, 열 처리(어닐링, 산화, 확산), 리소그래피, 증착, 에칭 및 이온 주입을 비롯한 다양한 반도체 제조 단계에서 널리 응용되고 있습니다.

1. 연삭 및 연마: SiC 연삭 서셉터

잉곳 슬라이싱 후 웨이퍼에는 날카로운 모서리, 버, 치핑, 미세 균열 및 기타 결함이 나타나는 경우가 많습니다. 이러한 결함으로 인해 웨이퍼 강도, 표면 품질 및 후속 처리 단계가 저하되는 것을 방지하기 위해 연삭 공정이 사용됩니다. 그라인딩은 웨이퍼 가장자리를 매끄럽게 하고, 두께 변화를 줄이고, 표면 평행성을 향상시키며, 슬라이싱 공정으로 인한 손상을 제거합니다. 연삭 플레이트를 사용한 양면 연삭은 가장 일반적인 방법으로, 플레이트 재료, 연삭 압력 및 회전 속도의 지속적인 발전으로 웨이퍼 품질이 지속적으로 향상됩니다.

양면 연삭 메커니즘

전통적으로 연삭 플레이트는 주로 주철이나 탄소강으로 만들어졌습니다. 그러나 이러한 재료는 수명이 짧고, 열팽창 계수가 높으며, 특히 고속 연삭 또는 연마 중에 마모 및 열 변형에 취약하여 일관된 웨이퍼 평탄도 및 평행성을 달성하기가 어렵습니다. 탁월한 경도, 낮은 마모율 및 실리콘과 거의 일치하는 열팽창 계수를 갖춘 SiC 세라믹 연삭 플레이트의 출현으로 주철과 탄소강이 점차적으로 대체되었습니다. 이러한 특성으로 인해 SiC 연삭 플레이트는 고속 연삭 및 연마 공정에 특히 유리합니다.

2. 열 처리: SiC 웨이퍼 캐리어 및 반응 챔버 구성 요소

산화, 확산, 어닐링, 합금화와 같은 열처리 단계는 웨이퍼 제조에 필수적입니다. SiC 세라믹 부품은 주로 처리 단계 간 운반을 위한 웨이퍼 캐리어 및 열 처리 장비의 반응 챔버 내 부품으로서 이러한 공정에서 매우 중요합니다.

(1)세라믹 엔드 이펙터(암):

실리콘 웨이퍼 생산 중에는 고온 처리가 필요한 경우가 많습니다. 특수 엔드 이펙터가 장착된 기계 암은 일반적으로 반도체 웨이퍼를 운반, 취급 및 위치 지정하는 데 사용됩니다. 이러한 암은 높은 기계적 강도, 내식성, 고온 안정성, 내마모성, 경도 및 전기 절연성을 요구하는 진공, 고온 및 부식성 가스 환경과 같은 클린룸 환경에서 작동해야 합니다. SiC 세라믹 암은 더 비싸고 제조가 까다롭지만 이러한 엄격한 요구 사항을 충족하는 데 있어 알루미나 대체 암보다 성능이 뛰어납니다.

Semicorex SiC 세라믹 엔드 이펙터

(2) 반응 챔버 구성요소:

산화로(수평 및 수직) 및 급속 열 처리(RTP) 시스템과 같은 열 처리 장비는 높은 온도에서 작동하므로 내부 구성 요소에 고성능 소재가 필요합니다. 우수한 강도, 경도, 탄성률, 강성, 열 전도성 및 낮은 열팽창 계수를 갖춘 고순도 소결 SiC 부품은 이러한 시스템의 반응 챔버를 구성하는 데 필수적입니다. 주요 구성 요소에는 수직 보트, 받침대, 라이너 튜브, 내부 튜브 및 배플 플레이트가 포함됩니다.

반응 챔버 구성 요소

3. 리소그래피: SiC 스테이지 및 세라믹 미러

반도체 제조의 중요한 단계인 리소그래피는 광학 시스템을 사용하여 빛을 웨이퍼 표면에 집중시키고 투사하며 후속 에칭을 위해 회로 패턴을 전송합니다. 이 프로세스의 정밀도는 집적 회로의 성능과 수율을 직접적으로 결정합니다. 칩 제조에서 가장 정교한 장비 중 하나인 리소그래피 기계는 수십만 개의 부품으로 구성됩니다. 회로 성능과 정밀도를 보장하기 위해 리소그래피 시스템 내 광학 요소와 기계 구성 요소 모두의 정확성에 대한 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. SiC 세라믹은 이 분야, 주로 웨이퍼 스테이지와 세라믹 미러에서 중요한 역할을 합니다.

리소그래피 시스템 아키텍처

(1)웨이퍼 스테이지:

리소그래피 스테이지는 웨이퍼를 고정하고 노출 중에 정밀한 움직임을 수행하는 역할을 담당합니다. 각 노출 전에 웨이퍼와 스테이지를 나노미터 정밀도로 정렬해야 하며, 이어서 포토마스크와 스테이지를 정렬하여 정확한 패턴 전송을 보장해야 합니다. 이를 위해서는 나노미터 수준의 정확도로 스테이지를 빠르고 원활하며 고정밀 자동 제어하는 ​​것이 필요합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 리소그래피 단계에서는 탁월한 치수 안정성, 낮은 열팽창 계수 및 변형 저항성을 갖춘 경량 SiC 세라믹을 활용하는 경우가 많습니다. 이는 관성을 최소화하고 모터 부하를 줄이며 모션 효율성, 위치 정확도 및 안정성을 향상시킵니다.

(2)세라믹 거울:

웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지 사이의 동기화된 모션 제어는 리소그래피에서 매우 중요하며 프로세스의 전반적인 정확성과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다. 스테이지 미러는 스테이지 스캐닝 및 위치 피드백 측정 시스템의 필수 구성 요소입니다. 이 시스템은 간섭계를 사용하여 무대 거울에 반사되는 측정 빔을 방출합니다. 도플러 원리를 사용하여 반사된 빔을 분석함으로써 시스템은 스테이지의 위치 변화를 실시간으로 계산하고 모션 제어 시스템에 피드백을 제공하여 웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지 간의 정확한 동기화를 보장합니다. 경량 SiC 세라믹은 이 응용 분야에 적합하지만 이러한 복잡한 구성 요소를 제조하는 데는 상당한 어려움이 따릅니다. 현재 주류 집적 회로 장비 제조업체에서는 주로 이러한 목적으로 유리 세라믹이나 근청석을 사용합니다. 그러나 재료 과학 및 제조 기술의 발전으로 China Building Materials Academy의 연구원들은 리소그래피 응용 분야를 위한 대형, 복잡한 모양, 경량의 완전 밀폐형 SiC 세라믹 거울 및 기타 구조적 기능성 광학 부품을 성공적으로 제작했습니다.

(3)포토마스크 박막:

레티클이라고도 알려진 포토마스크는 빛을 선택적으로 투과시키고 감광성 재료에 패턴을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 EUV 광 조사는 포토마스크에 상당한 열을 발생시켜 잠재적으로 섭씨 600~1000도 사이의 온도에 도달하여 열 손상을 초래할 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 SiC 박막을 포토마스크에 증착하여 열 안정성을 높이고 열화를 방지하는 경우가 많습니다.

4. 플라즈마 에칭 및 증착: 포커스 링 및 기타 구성 요소

반도체 제조에서 에칭 공정은 이온화된 가스(예: 불소 함유 가스)에서 생성된 플라즈마를 활용하여 웨이퍼 표면에서 원하지 않는 물질을 선택적으로 제거하고 원하는 회로 패턴을 남깁니다. 반면, 박막 증착은 리버스 에칭 공정과 유사하게 금속층 사이에 절연 물질을 증착하여 유전체층을 형성하는 공정입니다. 두 공정 모두 챔버 구성 요소를 부식시킬 수 있는 플라즈마 기술을 사용합니다. 따라서 이들 부품은 우수한 내플라즈마성, 불소 함유 가스와의 낮은 반응성, 낮은 전기 전도성이 요구됩니다.

전통적으로 포커스 링과 같은 식각 및 증착 장비의 구성 요소는 실리콘이나 석영과 같은 재료를 사용하여 제작되었습니다. 그러나 집적회로(IC) 소형화를 향한 끊임없는 노력으로 인해 고정밀 에칭 공정에 대한 수요와 중요성이 크게 증가했습니다. 이러한 소형화에는 더 작은 형상 크기와 점점 더 복잡해지는 장치 구조를 달성하기 위해 정확한 마이크로 스케일 에칭을 위한 고에너지 플라즈마의 사용이 필요합니다.

이러한 수요에 부응하여 CVD(화학 기상 증착) 탄화규소(SiC)가 에칭 및 증착 장비의 코팅 및 부품에 선호되는 소재로 부상했습니다. 높은 순도와 균일성을 포함한 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 이러한 까다로운 응용 분야에 매우 적합합니다. 현재 에칭 장비의 CVD SiC 구성 요소에는 포커스 링, 가스 샤워헤드, 플래튼 및 엣지 링이 포함됩니다. 증착 장비에서 CVD SiC는 챔버 리드, 라이너 및 SiC 코팅 흑연 서셉터에 사용됩니다.

포커스 링 및 SiC 코팅 흑연 서셉터

CVD SiC는 염소 및 불소 기반 식각 가스에 대한 낮은 반응성과 낮은 전기 전도도 덕분에 플라즈마 식각 장비의 포커스 링과 같은 구성 요소에 이상적인 소재입니다. 웨이퍼 주변에 위치한 포커스 링은 링에 전압을 가하여 플라즈마를 웨이퍼 표면에 집중시켜 공정 균일성을 향상시키는 중요한 구성 요소입니다.

IC 소형화가 진행됨에 따라 특히 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 에칭 장비에서 에칭 플라즈마의 전력 및 에너지 요구 사항이 계속 증가하고 있습니다. 결과적으로 점점 더 공격적인 플라즈마 환경을 견딜 수 있는 능력으로 인해 SiC 기반 포커스 링의 채택이 빠르게 증가하고 있습니다.**

Semicorex는 경험이 풍부한 제조업체이자 공급업체로서 반도체 및 광전지 산업을 위한 특수 흑연 및 세라믹 재료를 제공합니다. 문의사항이 있거나 추가 세부정보가 필요한 경우, 주저하지 마시고 연락주시기 바랍니다.

전화번호 +86-13567891907에 문의하세요.

이메일: sales@semicorex.com