[논문]반도체 플라즈마 식각 장치의 부품 가공 연구

이은영; 김문기

[국내논문] 반도체 플라즈마 식각 장치의 부품 가공 연구
A Study of Machining Optimization of Parts for Semiconductor Plasma Etcher 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.19 no.4, 2020년, pp.28 - 33

이은영 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학과) , 김문기 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Plasma etching process employs high density plasma to create surface chemistry and physical reactions, by which to remove material. Plasma chamber includes silicon-based materials such as a focus ring and gas distribution plate. Focus ring needs to be replaced after a short period. For this reason, there is a need to find materials resistant to erosion by plasma. The developed chemical vapor deposition processing to produce silicon carbide parts with high purity has also supported its widespread use in the plasma etch process. Silicon carbide maintains mechanical strength at high temperature, it have been use to chamber parts for plasma. Recently, besides the structural aspects of silicon carbide, its electrical conductivity and possibly its enhanced life time under high density plasma with less generation of contamination particles are drawing attention for use in applications such as upper electrode or focus rings, which have been made of silicon for a long time. However, especially for high purity silicon carbide focus ring, which has usually been made by the chemical vapor deposition method, there has been no study about quality improvement. The goal of this study is to reduce surface roughness and depth of damage by diamond tool grit size and tool dressing of diamond tools for precise dimensional assurance of focus rings.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실리콘 카바이드 소재 포커스 링의 정밀 치수 보증을 위해 다이아몬드 공구의 입도와 드레싱 전후의 공구 및 다이아몬드 공구의 타입이 포커스 링의 표면 거칠기 향상에 미치는 영향을 분석하고, 소재 내부로 전파된 손상 정도의 변화를 연구하였다.
본 연구에서는 실리콘 카바이드 소재 포커스 링의 정밀 치수 보증을 위해 위해 다이아몬드 공구의 입도와 드레싱 전후의 공구 및 다이아몬드 공구 타입별 포커스 링 표면과 소재 내부의 품질 변화를 연구하였다.

제안 방법

고정밀 실리콘 평면연삭 장비(Okamoto, PRG-DXNC) 에연삭으로 인한 피삭재의 손상이 적고, 좋은 정밀도를 얻을 수 있는 다이아몬드 공구를 장착하여 실험을 진행하였다. 집중도가 너무 높으면 피삭재와 접촉하는 지립수가많아 연삭력이 떨어지게 되므로 1 cc 중에 4.
집중도가 너무 높으면 피삭재와 접촉하는 지립수가많아 연삭력이 떨어지게 되므로 1 cc 중에 4.4 ct(1ct=0.2g)의 다이아몬드가 함유된 용적율 25 vol%로 결합도 100의 다이아몬드 공구로 기계가공을 진행하였다. Fig.

대상 데이터

강한 공유결합으로 이론밀도에 가까운 치밀한 구조에 6N(99.9999%) 이상의 순도로 형성된 실리콘 카바이드를 실험 소재로 사용하였다. 실험에 사용된 실리콘 카바이드의 상세 물성은 Table 1에 정리하였다.
미세 연마 용도 개발되어 사용되는 발포 타입 우레탄 본드 다이아몬드 공구는 폴리우레탄과 세륨 산화물(cerium oxides)을 결합제로 제작되어 탄력성이있으므로 뛰어난 표면 형성이 가능하다. 공구 수명 및 연삭성을 고려한 경도의 공구 제작이 가능하며, 본 실험에서는 shore D 72±3 경도의 공구를 사용하였다. 레진 본드 다이아몬드 공구로 가공한 시편의 Ra는 0.
9999%) 이상의 순도로 형성된 실리콘 카바이드를 실험 소재로 사용하였다. 실험에 사용된 실리콘 카바이드의 상세 물성은 Table 1에 정리하였다.

데이터처리

변수 간의 상관계수에 대하여 추정과 검정을 진행하기 위해 통계 프로그램인 미니탭을 이용하여 상관분석을 진행한 결과, P-값은 0.000 이고, 상관계수(correlation coefficient) 는 0.698로 분석되었다. Ra와 DoD 두 변수는 양의 상관관계를 가진다고 설명할 수 있다.

이론/모형

가공된 포커스 링의 표면거칠기는 KS B ISO 4287 (ISO 4287_1997) 규격에 준하여 표면 조도 측정기(Mitutoyo, SJ- 310)를 이용하여 측정하였고, 소재 내부로 전파된 손상 깊이 측정은 SEM (Scanning Electron Microscopy, JEOL Ltd., JSM- 6510)를 이용하였다. Fig.

성능/효과

600 mesh의 다이아몬드 공구 가공 시 Ra 0.303 ㎛와 0~1.2315㎛ 의 내부 손상층으로 실리콘 카바이드 포커스링 가공이 가능한 것을 확인하였다. 다이아몬드 공구의 입도의 크기가 클수록 생산성은 향상되지만 표면 조도가 나빠지고, 공작물의 균열, 파손 등의 발생 가능성이 높아지므로 다이아몬드의 입도가 미세할수록 정밀한 Ra 값을 얻을 수 있었다.
3 과 같다. Rough grinding 다이아몬드 공구로 표면을 가공한 실험의 Ra값은 0.83~0.952 ㎛ 로 평균 Ra값은 0.8928㎛ 으로분석되었으며, semi-fine grinding 다이아몬드 공구 적용시 Ra 범위는 0.562~0.572㎛, 평균은 0.5672㎛ 로 측정되었다. Fine grinding 공구를 사용한 실험의 경우에는 0.
공구 드레싱으로 실리콘 카바이드 포커스링 표면 Ra를 0.3030㎛ 에서 0.2503㎛ 으로 낮출 수 있는 것을 확인하였다. 소재 내부의 손상층 깊이도 최대 1.
303 ㎛ 로 나타났다. 공구 입도가 클수록 생산성은 향상되지만 표면 조도가 나빠지고, 공작물의 균열, 파손 등의 발생 가능성이 높아지므로 다이아몬드의 입도가 미세할수록 정밀한 Ra 값을 얻을 수 있었다. 거친 입도의 공구는 절입날의 밀도가 낮으므로 연마 입자의 절입 깊이가 커져서 가공면의 거칠기가 커지며, 미세 입도의 공구는 절삭날의 밀도가 높고, 연마입자의 절입 깊이가 작아지면서 Ra가 작아지는 것으로 판단된다.
4297 로 감소하였다. 공구의 드레싱은 표면 Ra 감소와 함께 내부 손상 깊이 감소 효과도 나타내는 것을 확인하였다.
2315㎛ 의 내부 손상층으로 실리콘 카바이드 포커스링 가공이 가능한 것을 확인하였다. 다이아몬드 공구의 입도의 크기가 클수록 생산성은 향상되지만 표면 조도가 나빠지고, 공작물의 균열, 파손 등의 발생 가능성이 높아지므로 다이아몬드의 입도가 미세할수록 정밀한 Ra 값을 얻을 수 있었다. 거친 입도의 다이아몬드 공구는 비교적 큰 입도의 칩을 생성시키기 때문에 표면 조도가 나빠지는 것으로 사료된다.
드레싱을 진행하지 않은 다이아몬드 공구로 표면 가 공시 평균 Ra는 0.3030㎛ 였으나 공구 드레싱을 진행한 후 가공한 포커스 링의 Ra는 0.2503㎛ 으로 낮아지는 것을 확인하였다. 표준편차 또한 0.
레진 본드 다이아몬드 공구로 가공한 시편의 최대 내부 손상층은 1.1368 ㎛ 로 확인되었으나 우레탄 본드 다이아몬드 공구로 가공시 내부 손상층의 최대 깊이는 0.5684 ㎛로 측정되었다. 추가로 평균 내부 손상 층과 표준편차도 감소한 것을 확인하였다.
우레탄 본드 다이아몬드 공구 적용시 레진 본드 다이 아몬드 공구 가공 대비 Ra를 수준으로 낮출 수 있으며, 최대 내부 손상 층도 1.1368 ㎛ 에서 0.5684 ㎛ 로 낮출 수 있는 것으로 확인되었다.
추가로 평균 내부 손상 층과 표준편차도 감소한 것을 확인하였다. 우레탄 본드 다이아몬드 공구를 레진 본드 다이아몬드 공구 대비 낮은 내부손상 깊이로 가공이 가능한 것으로 판단된다.
6과 같이 측정되었다. 우레탄 본드 다이아몬드 공구를 적용하면 레진 본드 다이아몬드공구 가공 대비 Ra를 _(cid:3) 수준으로 낮출 수 있는 것으로 확인되었다.
8% 로 나타났다. 평균 데이터에 대한 회귀방정식이 전체 데이터에 대한 회귀방정식 48.7% 대비 약 30%의 높은 설명력을 가지는 것으로 확인되었다.
465의 표준편차가 측정되었다. 평균을 중심으로 데이터가 얼마나 퍼져있는지를 나타내는 표준편차가 0에 가까우면 데이터 값들이 평균 근처에 집중되어 있음을 의미하므로 fine grinding 공구를 사용한 가공에서 Ra 측정값과 동일하게 내부 손상층이 최소화됨을 알 수 있다. 연삭의 내부 손상 층은 미세한 입도의 공구로 얇은 연마 입자 가공시 작아지는 것으로 판단된다.
Ra와 DoD 두 변수는 양의 상관관계를 가진다고 설명할 수 있다. 회귀방정식을 도출한 결과, 평균 데이터를 이용한 적합선 플롯의 R-제곱이 79.8% 로 나타났다. 평균 데이터에 대한 회귀방정식이 전체 데이터에 대한 회귀방정식 48.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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