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Kafe 바로가기주관연구기관 | 미코세라믹스 |
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연구책임자 | 박명하 |
참여연구자 | 김병학 , 김종영 , 김하늘 , 박문수 , 김형준 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-07 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200005525 |
과제고유번호 | 1415167659 |
사업명 | 소재부품기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-07-23 |
키워드 | 고온정전척.저온정전척.샤워헤드.포커스링.대전방지롤러. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 고저항-고유전율 세라믹 소재 및 저온/고온 세라믹 정전척(ESC) 개발
○ 중저항 소재 및 대전방지 부품 개발
○ 저저항 소재 및 내플라즈마성 응용부품개발
○ 선진업체의 핵심특허(조성, 제어기술 등)를 회피할 수 있는 원천 특허 확보
□ 개발내용 및 결과
○ 과제를 통해 일반적인 세라믹 시트(1mm)보다 두꺼운 4mm의 세라믹 소결체를 MLC 공법의 통해 제작하였으며, 히터는 필름타입의 4zone 발열 영역으로 설계하였음. 헬륨과 냉각수 통로 구현을 위
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 고저항-고유전율 세라믹 소재 및 저온/고온 세라믹 정전척(ESC) 개발
○ 중저항 소재 및 대전방지 부품 개발
○ 저저항 소재 및 내플라즈마성 응용부품개발
○ 선진업체의 핵심특허(조성, 제어기술 등)를 회피할 수 있는 원천 특허 확보
□ 개발내용 및 결과
○ 과제를 통해 일반적인 세라믹 시트(1mm)보다 두꺼운 4mm의 세라믹 소결체를 MLC 공법의 통해 제작하였으며, 히터는 필름타입의 4zone 발열 영역으로 설계하였음. 헬륨과 냉각수 통로 구현을 위해 알루미늄 바디는 브레이징 공법으로 제작하였으며, 각각의 요소들은 다층 접착을 통해 일체화하였음. 저온 ESC 제작 공법을 토대로 표면 형상 등을 가공하여 제품화를 진행함. 제작된 제품은 ‘Qual.'을 획득하여 회사 매출에 기여하였고, 일부는 평가 진행 중이며, 국내외 장비/소자업체와 추가 개발을 진행함.
○ 고밀도, 고경도 Hot-press ESC 소재를 적용하여 ESC 소재의 우수한 내플라즈마 특성을 확보할 수 있도록 설계하였음. 더불어 높은 정전력을 확보하는 동시에 빠른 De-chucking 시간을 가지기 위해서 Mono-polar 전극, 고저항 소재를 적용하였음. 또한, ESC 온도 균일도를 향상시키기 위해서 Heater 발열체의 시뮬레이션을 통한 최적 설계, 전극 프린팅 공정의 최적화 및 표면 패턴 가공 공정의 개발을 진행하였음. 그 결과, 고밀도, 고 RF Power 식각 환경에서 사용이 적합하며, 능동적인 온도 제어가 가능한 2-Zone Heater가 내장된 세라믹 일체형 온도가변 ESC를 개발함.
○ 정전력 상승을 위해 Wafer와 접촉 면적을 늘린 표면 Pattern을 적용하여 400℃ 중온 ESC의 평가용 시제품을 개발하였음. 시제품의 유전체 두께 균일도는 0.17mm이었으며, 온도 균일도는 400℃에서 4.7℃로 우수한 특성을 확보하였음. 또한, 수요기업 공정평가 및 내구성 평가를 실시 한 결과, Deposition uniformity. 3% 이내 및 Heater 표면 및 기능상 이상 없음을 확인하였음.
○ 550℃ 이상의 고온 공정에서 ESC 기능구현을 위한 고 체적 저항 소재를 적용하여 고온 ESC 시제품을 제작하였음. 자체 평가 결과 유전체 두께 균일도 0.23mm 온도 균일도는 550℃에서 7.8℃의 우수한 특성이 확인되었음. 수요기업 공정평가 및 내구성 평가를 실시 한 결과, Deposition uniformity. 5% 이내 및 Heater 표면 및 기능상 이상 없음을 확인하였음.
○ 1차년도와 2차년도 과제 수행을 통하여, 저·중저항 소재인 Al2O3 +SiC의 소재에 대한 기본적인 물성분석 및 공정개발을 진행하였음. 개발된 저·중저항 소재인 ALS 및 ALCS 소재로 저저항 제품인 샤워헤드 및 포커스링 그리고 중저항 제품인 대전방지롤러 및 로드락 부품을 제작하였으며 평가 결과 기존 우수한 에칭 특성 및 정전기 특성을 나타냄을 확인함.
□ 기술개발 배경
○ 유전상수가 낮은 ESC는 일부 국산화가 완료되었으나 공정 난이도가 높은 Oxide공정용 고유전상수 특성을 갖는 ESC는 국산화가 미흡한 실정임. Oxide공정용 ESC는 정전력이 높고 내 플라즈마 특성이 우수한 Al2O3 Hot Press Type ESC가 주력으로 채택되고 있으며 수요가 매우 높지만 전량 수입에 의존하고 있음.
○ 고밀도 플라즈마, High RF Power가 사용되는 Dielectric 식각 공정용 ESC는 우수한 내플라즈마 및 절연내력 특성을 가져야함. 동시에 공정 온도를 능동적으로 제어하기 위한 2-Zone 이상의 Heater가 ESC 세라믹에 내장되어야 함. 해당 ESC를 개발하기 위해서는 ESC 전극과 Heater 전극을 형성하여 동시 소결해야 함. 해당 기술은 현재 해외 선진 ESC 제조업체에서 보유하고 있으며 국내 기술 개발현황은 미흡한 실정임.
○ 반도체 증착 공정이 2D에서 3D NAND로 변경됨에 따라 다층 박막에 의한 웨이퍼 Stress로 인한 온도 불균일이 발생함, 이를 극복하고자 세라믹 히터에 ESC 기능 개발이 요구되고 있음. NGK가 시장의 90%이상을 독점하고 있음.
○ 반도체 웨이퍼, 디스플레이용 대형 유리기판, MLCC등 전자부품 칩 등을 표면실장, 이송하는데 사용되는 로봇암, 트레이, 칩마운터, 노즐 등 다양한 부품에서는 내마모성, 강도, 파괴인성 등 기계적 물성이 요구되고 있고, 또한 최근에는 정전기에 의한 에러를 방지하기 위하여 대전방지력(전기전도성)을 지닌 세라믹소재가 요구되고 있음.
□ 핵심개발 기술의 의의
○ ESC의 정전력을 증가시키기 위해서는 유전체 소재인 ESC 세라믹의 유전상수를 높여야 함. 일반적인 알루미나 소재의 유전상수는 9임. 따라서 정전력을 증가시키기 위해서는 유전 특성의 제어가 가능한 복합 소재의 개발이 필수임. 해당 과제를 통해서 알루미나에 탄화 규소를 첨가하여 고 유전상수를 갖는 조성을 개발하였으며 소결 시 고온에서 고압을 인가하는 Hot-press 공법을 적용하여 유전상수 13이상의 소재를 개발 하였음. 해당 유전상수는 세계 최고의 선진업체와 동등한 수준임.
○ 최신 Dielectric 식각 공정에서는 높은 RF Power를 사용하기 때문에 ESC의 전기적, 기계적 내구성을 향상하는 것이 필수적임. 또한 공정의 수율을 향상시키기 위해 ESC 온도가 능동적으로 제어되어야 함. 해당 ESC는 내플라즈마 특성 향상을 위해서 고밀도, 고경도 Hot-press 소재를 적용하였음. 또한 내구성 확보를 위해서 선진사와 동일하게 ESC, Heater 전극을 세라믹 소결체에 내장하는 구조를 채택하였음.
○ 본 과제를 통해 국내 최초로 중온 & 고온에서 ESC기능한 체적저항 1x109Ω·㎝ 이상의 소재를 개발함. 또한 고온에서의 소재의 전기적 특성(체적저항, 유전율)분석 및 완제품 상태에서 전기적 특성 측정이 평가 시스템을 구축함. 또한 유전체 편차 0.2mm이하 및 Zone별 온도 편차 5도 이하를 만족하는 양산 기술을 확보함
○ 저·중저항 소재인 ALS 및 ALSC 소재로 만든 저저항 및 중 저항제품의 식각 Uniformity 측정결과 3.00, 3.53% 의 매 n 우수한 Uniformity 특성을 나타냈으며, 기존 Al2O3 소재 제품 보다 우수한 내플라즈마적 특성을 가짐.
□ 적용 분야
○ 고 유전상수 특성을 갖는 본 제품은 디램, 낸드플래시의 Oxide 식각 공정용 정전척으로 사용됨. 최근에는 3D 낸드플래시 메모리 제조의 핵심 공정인 식각의 프로파일의 고종횡비를 요하는 HARC(High Aspect Ratio Contact) 공정에도 확대 적용되고 있음.
○ 고밀도, 고경도 특성을 갖는 본 제품은 디램, 시스템 LSI Dielectric 식각 공정용 정전척으로 사용된다. 내구성이 향상된 제품으로 고 RF Power가 사용되는 공정에 적용되고 있음.
○ 반도체 증착 공정 중 3D NAND 공정에 ESC기능이 포함된 세라믹 히터로 사용이 가능함. 또한 메모리 반도체의 DRAM이 1x급에서 1y급으로 고집적화로 인한 ALD등 웨이퍼와의 밀착성 향상으로 우수한 온도 균일도 확보가 필요한 공정에 적용이 가능함.
○ 차세대 4X, 8X용 대면적 디스플레이에서는 TFT의 밀도가 높아짐에 의하여 유리 기판의 이동에 의해 발생하는 정전기를 제거하여, 안정적 소자 수율을 확보하고 이송 시간 단축에 의한 생산력 증대를 위한 대전방지 기능이 부여된 세라믹 부품에 적용 가능함.
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)
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