02강 Etch 장비 운영

학습내용

• Etch 장비의 구성 이해하기
• Etch 장비의 종류와 성능 이해하기

학습목표

• 장비 모델, 공정 모듈의 구성, 공통사양 등 식각(Etching) 장비별 규격서(Specification)를 작성할 수 있다.
• 식각 장비와 부대설비들의 치수를 파악하여 레이아웃을 작성할 수 있다.
• 각종 유틸리티 및 공정 가스의 제원을 파악하고 올바른 배관자재의 선택과 정확한 접속 위치를 알 수 있다

Etch 장비의 구성 이해하기

• Dry Etch 장치 구성요소
  • PUMP
    • Film을 식각하기 위한 고진공 상태를 만들고 유지하는 기능
  • RF Generator
    • Process Chamber내로 주입된 Gas에 Power를 인가하여 Plasma를 형성하여주는 Source
  • Chiller
    • Etching 도중에 발생하는 열을 냉각시켜 Film 식각의 균일도 및 Damage를 감소시키는 기능
    • Heat Cycle 방지
  • Process Chamber
    • 일반적으로 Film 식각이 행해지는 반응실
    • 일정 압력이 유지되고 Plasma에 의한 Gas들의 반응이 이루어지고 반응 생성물이 배기 Line을 통하여 배출되는 곳
    • 반응 생성물의 이물화 조절이 필요함
  • Gas Box
    • 식각에 필요한 Gas의 유량을 조절시키는 MFC (Mass Flow Controller) 장치가 있고 여기서 Gas를 분배함
  • Main Controller
    • 식각에 필요한 모든 장치를 통제
    • 인체의 두뇌에 해당함
• RF Generator와 Plasma
  • Plasma
    • 고체도 액체도 기체도 아닌 상태
    • 고온 또는 고전압의 에너지를 가하면 이온, 중성입자(라디칼), 전자 등으로 나누어진 상태
    • 어떤 원소든 플라즈마화 될 수 있음
    • 전자기장으로 가두거나 특정 방향으로 가속시킬 수 있음
  • RF Generator
    • 고정주파수 13.56MHz RF 전원장치
    • 반도체 CVD Etcher의 Main 전원으로서 Chamber 내에 Plasma 생성
    • 모든 나라가 합의한 주파수 분배방식에 따라서 사용하는 주파수를 분배
    • 13.56MHz는 파장 특성상 안정성이 좋으므로 공정용에 적합
• RF Generator의 변화추세
  • 최근 반도체 회로의패턴이 미세화되고 3D구조로 입체화되면서 공정이 매우 복잡해짐
  • 이에 여러 주파수(2MHz, 3.2MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 60MHz)와 다양한 기능 (Pulse, 주파수 가변 등)을 이용하는 추세
  • 공정에서의 수율 증대를 위해 공정 중 발생하는 반사파 최소화
• Wafer Loading System
  • Cassette & Robot
• Vacuum System
  • Vacuum Gauge
  • 터보 펌프
    • 플라즈마를 만들 때 불순물을 제거하는 펌프
    • 50000RPM
  • 로터리 펌프
    • 진공 상태를 만드는 펌프
    • 1800RPM

Etch 장비의 종류와 성능 파악하기

• Etch의 종류와 특징
  • 식각 방식별 특징 비교
    • 습식 (Wet Etching)
      • 화학적 반응 (용액)
      • 장점
        • 저비용
        • 빠른 속도
        • 공정 단순
      • 단점
        • 낮은 정확도
        • 화학물질 오염 우려
        • PR 하부 일부 식각
    • 건식 (Dry Etching)
      • RIE (Reactive Ion Etch)가 대표적인 장치
      • 물리/화학적 반응 (가스)
      • 장점
        • 높은 정확도
        • 미세 패터닝 가능 (정확)
      • 단점
        • 고비용
        • 느린 속도
        • 공정 복잡성
  • 건식 식각의 분류
    • DC 플라즈마 방식
      • 양극과 음극이 있고 그 사이의 가스와 전압을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방법
    • RF 플라즈마 방식
      • +, - 전압의 주기적 변화(가스 충돌유발)하는 RF 특성을 이용하는 방법
• Dry Etching 장치 기술
  • 발생 Source에 따른 분류
    • RIE (Reactive Ion Etching)
    • MERIE (Magnetically-Enhanced RIE)
      • 플라즈마 공간에 자장을 인가하여 Ion 발생확률을 높여 고밀도 플라즈마 상태에서 Etching하는 장치
• Etch 장치 기술
  • 발생 Source에 따른 분류 (RIE 생략)
    • ECR (Electron Cyclotrom Resonance)
    • TCP (Transformer Coupled Plasma)
  • 플라즈마의 분야별 응용
    • 반도체 제도 분야
      • 식각
        • Dry Etching
        • Ashing
      • 증착
        • PE-CVD
        • HDP-CVD
      • 증착 (금속)
        • Sputtering(DC, RF, Magnetron)
      • 이온 주입 장치
        • 플라즈마 Immersed Ion Implantation
      • 기타 분야
        • Surface Treatment (플라즈마 Spray, Torch)
        • Air Pollution Control (Corona Discharge)
          • 공기정화
          • 이온발생
          • 집진
        • Lamp
          • 수은등
          • Neon sign
        • Fusion Research
          • Tokamak
          • Stellerator
• 설비관리와 Interlock
  • Main 화면
    • 설비의 전반적 상태 표시
    • Standby Mode
  • 부가화면
    • 설비의 가동상태와 고장여부 표시
    • 99.9999% 순도의 질소 사용 → 6Nine 순도
    • Maintenance Mode
  • Setting 값과 Interlock
    • Setting 값과 상태가 일치하지 않을 경우 설비는 작동을 멈춤
  • SCCM : Standard CC per Minute
• 설비관리와 PM (Preventive Maintenance)
  • 정기 PM
    • Vacuum Pump 상태
      • Oil 수명 관리
      • 최대 진공
    • Vacuum Gauge
      • 정확도 및 주기적 Calibration
    • Temperature Control
      • PCW
      • Chiller
    • Main Chamber
      • 오염 상태
      • 사용 주기

Etching 공정은

• 그려진 밑그림에서 불필요한 부분을 없애는 작업

• 회로의 패턴 중 불필요하나 부분을 깎아내는 작업

• 반도체 수율을 높이는데 매우 중요한 요소

출처 : 한국기술교육대학교 반도체 공정 기초