반도체 제조공정용 다공구조 인치반도체 제조공정용 다공구조 인치반도체 제조공정용 다공구조 인치반도체 제조공정용 다공구조 인치8888

의 신뢰성기술지원 및의 신뢰성기술지원 및의 신뢰성기술지원 및의 신뢰성기술지원 및Dummy WaferDummy WaferDummy WaferDummy Wafer

시험평가를 통한 신뢰성 향상시험평가를 통한 신뢰성 향상시험평가를 통한 신뢰성 향상시험평가를 통한 신뢰성 향상

최 종 보 고 서최 종 보 고 서최 종 보 고 서최 종 보 고 서( )( )( )( )

2007. 5. .2007. 5. .2007. 5. .2007. 5. .

주관기관 이 엔 씨주관기관 이 엔 씨주관기관 이 엔 씨주관기관 이 엔 씨

위탁기관 요업기술원위탁기관 요업기술원위탁기관 요업기술원위탁기관 요업기술원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하

본 보고서를 반도체 제조공정용 다공구조 인치 의 신뢰성기술지원" 8 Dummy Wafer

및 시험평가를 통한 신뢰성 향상지원 사업기간 과제의 최종보"( :2006. 8.~2007. 4.)

고서로 제출합니다.

2007. 5. .2007. 5. .2007. 5. .2007. 5. .

주관기관명 이엔씨주관기관명 이엔씨주관기관명 이엔씨주관기관명 이엔씨::::

주관책임자 엄익한주관책임자 엄익한주관책임자 엄익한주관책임자 엄익한::::

연 구 원 강승동연 구 원 강승동연 구 원 강승동연 구 원 강승동::::

연 구 원 송재헌연 구 원 송재헌연 구 원 송재헌연 구 원 송재헌::::

위탁책임자 이명현위탁책임자 이명현위탁책임자 이명현위탁책임자 이명현::::

연 구 원 김상일연 구 원 김상일연 구 원 김상일연 구 원 김상일::::

- 3 -

부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록ㆍㆍㆍㆍ

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명반도체 제조공정용 다공구조 인치 의 신뢰성기8 Dummy Wafer

술지원 및 시험평가를 통한 신뢰성 향상

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 더미웨이퍼 다공구조 인치 반도체 제조공정용 신뢰성/ /8 / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

반도체 제조공정용 인치 더미웨이퍼의 초기품질 확보 내구신뢰성 확보 신o 8 , ,

뢰성이 확보된 양산기술 확보 및 신뢰성 평가방법 및 기술 습득

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

초기 품질 불량률이 높음o

수명 시험시 파괴o Cycle

구조적 불균일성-

고온노출에 따른 열피로-

교환주기 설정을 위한 신뢰도 및 수명데이타 필요o

에 대한 신뢰성 평가 기준 미흡o dummy wafer

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

신뢰성보증을 위한 신뢰성 평가 및 고장원인 분석o

신뢰수준- 60% B10 수명 보증을 위한 신뢰성 평가 방법 수립1,500cycle

확립된 시험 기준을 적용 수요업체의 내부 신뢰성평가 기준으로 채택-

신뢰성평가실시 고장원인분석 광학검사 비파괴검사 파괴검사 및- , ( , , ) Feedback

신뢰성 적용결과 사업전 후정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

신뢰수준o 60% B10 수명 보증1,500cycle

초기품질불량률 대에서 대로 감소o 60% 10%

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

국내 수입대체 및 신규 시장 창출o

내수 및 수출 시장 확대를 위한 자료로 활용o Marketing

품질 비용 절감을 통한 원가 절감으로 가격 경쟁력 확보o

품질안정을 기반으로 한 생산성 향상o

적용분야적용분야적용분야적용분야6.6.6.6.

반도체 제조공정용 더미웨이퍼o

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용1111

제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목2222

제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성3333

제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황4444

제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경5555

제 장 시험계획제 장 시험계획제 장 시험계획제 장 시험계획2222

제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황1111

제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안2222

제 절 고장모드제 절 고장모드제 절 고장모드제 절 고장모드3333

제 절제 절제 절제 절4 QFD4 QFD4 QFD4 QFD

제 절 실험방법제 절 실험방법제 절 실험방법제 절 실험방법5555

제 장 실험결과제 장 실험결과제 장 실험결과제 장 실험결과3333

제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립1111

제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험2222

제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험3333

제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론4444

첨부 시험성적서 및 시험 결과첨부 시험성적서 및 시험 결과첨부 시험성적서 및 시험 결과첨부 시험성적서 및 시험 결과. report. report. report. report

- 5 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용제 절 제품의 정의 및 응용1111

는 반도체 생산 공정인 에 있어서o Dummy Wafer Diffusion, CVD process

에 증착되는 막의 균일도를 향상시키며 오염을 막아주는 기능을 하Process Wafer

는 반도체 제조공정용 부품

그림 반도체 생산공정 개략도그림 반도체 생산공정 개략도그림 반도체 생산공정 개략도그림 반도체 생산공정 개략도< 1>< 1>< 1>< 1>

인치 반도체 공정의 로서 소재 제품이 주로 적용o 8 wafer dummy wafer CVD-SiC

되어 왔으나 공정효율화를 위하여 고부식가스를 사용하게 되어 CVD-SiC Dummy

의 부식과 이에 따른 의 오염 문제 발생Wafer Process Wafer

- 6 -

다공구조 의 적용으로 부식환경 내에서의o AIO(Aluminum Oxide) Dummy wafer

초염발생 문제를 원천적으로 제거하여 반도체의 수율을 향상시킬 수 있음

그림 확산챔버와 더미웨이퍼그림 확산챔버와 더미웨이퍼그림 확산챔버와 더미웨이퍼그림 확산챔버와 더미웨이퍼< 2>< 2>< 2>< 2>

- 7 -

제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목제 절 사업의 목표 및 평가항목2222

사업의 목표사업의 목표사업의 목표사업의 목표1.1.1.1.

초기 품질 확보o

내구 신뢰성 확보o

신뢰성이 확보된 양산 기술 확보o

신뢰성 평가 방법 및 기술 습득o

최종평가항목 및 기준최종평가항목 및 기준최종평가항목 및 기준최종평가항목 및 기준2.2.2.2.

- 8 -

제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성제 절 사업의 필요성3333

반도체 공정의 고집적화 고효율화로 부식가스의 채용이 증가하고 있으며 기존o

의 사용에 문제가 제기됨CVD-SiC dummy wafer

이를 극복하기 위해 개발된 다공구조 는 내식성이 높으면서도o AIO Dummy wafer

챔버 연속작동에 따른 열충격 등 가혹한 환경을 견뎌야하는 고신뢰성이 요구되므로

적용전 신뢰성 평가가 필수임field .

제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황제 절 기술내용 및 현황4444

국내기술현황국내기술현황국내기술현황국내기술현황1.1.1.1.

반도체 디스플레이 공정 장비용 부품소재로서 세라믹이 적용되며 세라믹로봇블o ㆍ

레이드 아노다이징 코팅 챔버 내벽 정전척 보트 튜브 홀더 배플디스크 더미, , , , , , , ,

웨이퍼 드레싱 패드 반응돔 쿼츠 캐필러리 등 부품소재로 응용되고 있음, , , ,

관련 국내 기업으로는 코미코 금강쿼츠 세라코 쿠어스텍 원익 이노세o SNT, , , , , ,

라 쌍용머티리얼즈 등이 있음,

관련하여서는 주로 위주로 개발 생산이o Dummy Wafer CVD-SiC Dummy Wafer ,

이루어지고 있는 상태로 국내에서는 일본 도카이카본사와의 합작회사인 사가TCK

도카이카본사로부터 생산 설비를 지원 받아서 소량의 제품을 방식으로OEM

를 생산하고 있는 실정CVD-SiC Dummy Wafer

- 9 -

특히 의 핵심 장비와 기술 원천 특허는 일본이 소유하o CVD-SiC Dummy Wafer ,

고 있고 기술 이전 자체도 꺼리는 게 현실이다 보니 국내에서는, CVD-SiC Dummy

의 개발 자체도 엄두를 내지 못하고 있는 실정이다Wafer .

다공구조o AIO Dummy Wafer

이엔씨의 독자기술로 삼성전자 실장 테스트 중-

선진기술현황선진기술현황선진기술현황선진기술현황2.2.2.2.

에 관련하여서는 일본의 도카이카본과 미쯔이 두 회사가o Dummy Wafer CVD-SiC

로 전 세계시장을 양분 하고 있으며 브리지스톤과 아사히글라스도Dummy Wafer ,

마켓에 참여하고 있음.

그림 제조공정그림 제조공정그림 제조공정그림 제조공정< 3> CVD-SiC< 3> CVD-SiC< 3> CVD-SiC< 3> CVD-SiC

- 10 -

미국의 사는 의 개발 생산이 기술적 상업적으o Univeks CVD-SiC Dummy Wafer , ,

로 어렵다고 판단하여 를 개발하였으나 이 또한ACW(Amorphous Carbon Wafer) ,

양산성 문제와 문제가 대두되었고 상용화 단계까지 많은 시간을 통한 충분한Cost ,

검증이 필요로 하는 상황이다.

세계적 반도체 디스플레이 공정 장비용 부품소재 관련기업으로는 장비업체인o ㆍ

등의 인 등이 있AMAT, TEL lst vendor NGK, NTK, Shinko, Sumitomo, Kyocera

다.

국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황3.3.3.3. ㆍㆍㆍㆍ

최근 반도체 및 디스플레이의 공정이 플라즈마 밀도 향상 속도향상o , Process

신속가열냉각 대형화가 이루어지고 있어 이를 뒷받침하는 부품(In-situ cleaning, ),

소재에 관한 연구개발이 이루어지고 있음

기존 반도체 및 디스플레이의 공정장비의 부품소재가 세라믹으로 대체되고 있음o .

폴리이미드와 같은 고분자재질과 등의 금속재질이Inconel, SS Al2O3, AIN, Y2O3의

세라믹으로 대체되고 있음

국내외에서 현재 반도체공정용 부품소재는 크게o 1) Al2O3, AIN, Y2O3 소, quartz

재를 이용한 부품 및 파트 간의Ceramic bulk and machining, 2) Ceramic

등을 이용한joining, 3) plasma spraying, anodizing, SiC, DLC, BN coating

분야로 관련기술 개발의 접근이 이루어지고 있음Ceramic coating

는 일본 업체들을 중심으로 제품화가 완료된 상황으로o CVD-SiC Dummy Wafer ,

설비 및 기술 확보 측면에서도 굉장한 어려움이 있고 기타 기술 외적인 요인으로,

원천특허 핵심기술 및 재료 등의 국산화 미비 등으로 관련 기술 및 소재를 전량,

국외에 의존하고 있다.

- 11 -

현재는 반도체 공정기술은 급 기술과 웨이퍼공정이 적용되기 시작하o nm 12 inch

는 전환기로 향후 년이 국내부품소재업체의 시장진입 최적기회로 인식되는 시점2

임 따라서 관련업체들의 연구개발행보가 매우 빨라지는 상황임.

에 대한 연구개발은 원천기술 적용의 어려움으로 국내업o Dummy Wafer CVD-SiC

체들의 관심에서 벗어나있는 상황으로 본사 가 독자적 재료기술 및 공정기술(ENC)

확보를 통해 시장 진입을 계획하고 있는 상황임

기존 와 와의 장단점 분석기존 와 와의 장단점 분석기존 와 와의 장단점 분석기존 와 와의 장단점 분석4. Dummy Wafer AIO4. Dummy Wafer AIO4. Dummy Wafer AIO4. Dummy Wafer AIO

(1) Si dummy wafer(1) Si dummy wafer(1) Si dummy wafer(1) Si dummy wafer

는 반도체 제조공정에서 장시간 사용하고 있으나 사용주기가 관o Si Dummy wafer

리되고 있지 않음

및 발생으로 과 설비 정지 발생- Lifting broken run attack Loss

및 진행에 따른 추가 비용 발생o Buffer oxide growing do-cap process

설비 생산성 저하 및 인력 발생- loss

내약품성이 약해 에 의한 발생o damage broken

- 12 -

그림 기존 의 문제점그림 기존 의 문제점그림 기존 의 문제점그림 기존 의 문제점< 4> Material(Si)< 4> Material(Si)< 4> Material(Si)< 4> Material(Si)

(2) SiC dummy wafer

공정 장기 사용시 이 발생하여 사용이 불가능함o Nitride lifting

공정에서는 문제가 없으나 등을 이용한 시 부식으o Decap CIF3 in situ cleaning

로 인해 불가cleaning

초기 및 이 필요함o annealing baking

내플라지마성이 알루미나보다 나쁨o

(3) AIO dummy wafer(3) AIO dummy wafer(3) AIO dummy wafer(3) AIO dummy wafer

적용가능o poly/nitride

누적두께는 대비 좋음o Si/SiC

에 약한 단점으로 급격한 온도변화에 약하나 다공질 세라믹 적용o Thermal shock

으로 해결 가능

- 13 -

산화로 인한 색변화 없음o

그림 전후 소재별 더미웨이퍼의 변색관찰그림 전후 소재별 더미웨이퍼의 변색관찰그림 전후 소재별 더미웨이퍼의 변색관찰그림 전후 소재별 더미웨이퍼의 변색관찰< 5> baking< 5> baking< 5> baking< 5> baking

표 소재별 장기간사용 에 대한 특성표 소재별 장기간사용 에 대한 특성표 소재별 장기간사용 에 대한 특성표 소재별 장기간사용 에 대한 특성< 1> , decap, in-situ cleaning< 1> , decap, in-situ cleaning< 1> , decap, in-situ cleaning< 1> , decap, in-situ cleaning

- 14 -

의 기초물성비교의 기초물성비교의 기초물성비교의 기초물성비교5. Si/SiC/AIO wafer5. Si/SiC/AIO wafer5. Si/SiC/AIO wafer5. Si/SiC/AIO wafer

표표표표< 2> Si/SiC/AIO/SiO< 2> Si/SiC/AIO/SiO< 2> Si/SiC/AIO/SiO< 2> Si/SiC/AIO/SiO2222 소재의 기초물성소재의 기초물성소재의 기초물성소재의 기초물성/amorphous carbon/amorphous carbon/amorphous carbon/amorphous carbon

표 소재의 불순물 함량표 소재의 불순물 함량표 소재의 불순물 함량표 소재의 불순물 함량< 3> Si/SiC/AIO/amorphous carbon< 3> Si/SiC/AIO/amorphous carbon< 3> Si/SiC/AIO/amorphous carbon< 3> Si/SiC/AIO/amorphous carbon

표 소재의 화학저항성표 소재의 화학저항성표 소재의 화학저항성표 소재의 화학저항성< 4> AIO< 4> AIO< 4> AIO< 4> AIO

- 15 -

제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경제 절 이론적 배경5555

개요개요개요개요1.1.1.1.

세라믹은 고내열성 저비중 고경도 등의 특징 때문에 항공기 자동차 기계 구조o , , , ,

물 부품 등으로 광범위하게 응용되고 있음 그러나 세라믹의 이러한 장점 외에 재료

내부의 결함상태 또는 기공률 기공의 형상 등의 고유 인자들로 인해 재료의 강도,

및 신뢰성 확보에는 많은 어려움이 따름

특히 세라믹 재료는 내마모성 경량 내식성의 특성 때문에 베어링이나 절삭공구o , , ,

전자부품 등의 상온 각기에 응용되고 있지만 내열성 고온 고강도 내식 등의 장점, , ,

을 이용하여 자동차 엔지부품 열교환기 고온로 등과 같은 고온기기에도 적극적으, ,

로 응용되고 있음

그러나 세라믹 재료의 열기관용 기기에의 적용에 있어서 외부의 기계적 하중이외o

에 급격한 온도 변화로 인한 열응력에 의한 파괴가 중요한 문제로 대두되고 있음.

실질적 항공기 부품이나 자동차 엔진 등은 이와 같은 급격한 온도변화 즉 반복적,

인 열충격을 많이 받고 있기 때문에 반복적인 열충격으로 인한 피로 파괴에 대하여

충분히 주의를 가져야만 함

세라믹스 열충격 특성 및 요인세라믹스 열충격 특성 및 요인세라믹스 열충격 특성 및 요인세라믹스 열충격 특성 및 요인2.2.2.2.

내열충격저항성내열충격저항성내열충격저항성내열충격저항성(1)(1)(1)(1)

- 16 -

재료가 파괴되려면 자체가 가지고 있는 기계적 강도 보다 큰 힘 응력 을 받아야o ( )

함 이러한 힘은 외부에서 가해주는 기계적인 것인데 예를 들면 인장력과 압축력이.

대표적이라 할 수 있음 이와 같은 기계적인 힘 이외에도 불균일한 온도분포로 인.

하여 재료가 갖고 있는 특성 때문에 인장력이나 압축력을 받게 되어 결국 조직 약

화되거나 깨어지는 경우가 흔히 있음 이와 같이 온도차로 인한 열응력 때문에 내.

화물은 기계적 충격과 같은 큰 충격을 받게 되는데 이것을 열충격이라 하고 이 때

문에 조직이 약화되거나 균열이 가거나 깨어지는 현상을 스폴링 이라함(spalling) .

열응력 일방향으로만 작용하는 탄성 의 열응력 은 재료의 탄성률과 탄성변o rod ( )σ

형 즉 온도차 선팽창계수에 비례( ),ε

여기서 는 탄성률 는 선팽창계수E , a , T0는 처음 온도 은 변한 온도 무한히 큰, T .′

판 차원 평면 에 대하여는(2 )

이 됨 차원 평면이 균질하고 등방성이며. 2 εz=0, δx=0, εx=εy= ,ε σx=σy= 일 경우σ

이 식은 대단히 중요하며 각 재료의 탄성률 열팽창계수 및 포아슨비 는 고(E), (a) ( )μ

유한 특성이므로 같은 온도구배라 하더라도 어떤 재료가 받는 열충격은 다름 온도.

구배 는 온도확산도가 큰 재료에서는 시간적으로 상당히 빠른 속도 표면에서 내T�

부 쪽으로 온도가 확산되므로 결과적으로 온도구배 는 작아져서 재료가 받는( T)�

인장력과 압축력은 작아짐.

- 17 -

세라믹스의 열적 성질 중 열충격 특성은 내부 온도구배에 의해 발생되는 열응력o

에 의해 지배되며 발생 열응력은 세라믹스의 열용량 열전도도 열팽창 계수 등의, ,

물질 상수와 시편의 형상 열충격 온도차 냉각 속도를 비롯한 주위 환경에 의해 결, ,

정

세라믹의 열팽창은 사용 중 심각한 응력을 야기 열팽창에 차이 또는 이방성으로o .

인한 잔류 응력에 대한 연관이 있는데 열응력 은 이와 유사하며(thermal stresses) ,

역시 치수의 변화에 관련 이러한 응력들은 충분히 커서 부품에 손상을 주거나 파.

괴시킬 수 있으며 열충격 특히 세라믹에서는 재료 선정에 중요한 요( thermal shock)

소.

열응력은 흔히 재료 내부에서 생기는 온도 구배 로 인한o (temperature gradients)

것 예로 재료 표면이 내부보다 차갑다면 표면은 수축하려고 하나 내부의 재료가.

이를 억제 따라서 표면에는 인장력이 그리고 내부에는 압축력이 각각 걸림.

취성 재료에서는 주로 인장 응력에 중점을 두어지며 이는 손상 또는 파괴를 일o ,

으킬 정도로 균열을 확장시키기 쉽기 때문 두께가 따라 열구배를 가지는 두꺼운.

판의 경우를 보면 판이 양쪽에서 냉각되고 있다면 표면은 인장력이 걸리고 내부에

는 힘의 균형을 위해 이에 대응하는 압축력이 걸림.

열응력은 급냉 또는 급열 과정에서 발생하는 온도구배와 온도에 따른 열팽창 계o

수 차이에 의해 발생 이때 열응력은 온도 구배에 따라 인장 또는 압축 응력으로.

작용하며 발생하는 열응력이 재료의 임계값에 이를 경우 파괴를 일으킴 이때 열응.

력에 의한 파괴 저항성을 열응력 저항성 또는 열충격(thermal stress resistance)

저항성 이라고 함(thermal shock resistance)

- 18 -

세라믹스의 열충격은 열응력에 의한 내부 균열 성장에 의해 일어나지만 실제로o

고온 구조 재료로 사용하기 위해서는 단순 온도차 또는 냉각 속도에 의한 열충격

저항 계수만으로는 표시하기 곤란 그 이유는 실제의 사용에 있어서의 열충격은 임.

계 조건이하에서 반복 열충격을 가하는 열피로의 형태로 이루어지기 때문.

임계 열충격 온도차 이하의 열충격에서도 세라믹스는 느린 균열 성장을 계속하며o

반복 회수가 임계값에 달할 때 파괴가 일어남 세라믹스의 피로서 일정한 응력을.

계속적으로 가하는 정적 피로 와 응력을 일정한 주기로 반복하는 주(static fatigue)

기로 피로 가 있음(cyclic fatigue) .

세라믹스의 반복 열충격은 가열과 급냉 과정을 반복함으로써 주기적 피로를 가져o

오며 이를 반복 열충격에 의한 열피로 라고 함 반복 열피로에 의(thermal fatigue) .

한 강도 저하는 느린 균열 성장 에 의한 급격한 균열 성장에 의(slow crack growth)

해 지배.

기공률의 영향기공률의 영향기공률의 영향기공률의 영향(2)(2)(2)(2)

내화물은 수종 결정상과 유리상으로 되어 있으나 내부에는 여러 가지 모양과 크o

기가 다른 기공을 포함 이 기공의 형태 분포 전용적 비중은 내화물의 통기성 열전. ,

도율 강도 등에 직접 관계가 있으며 슬래그 용융금속에 의한 침식성 스폴링(slag), ,

저항성 등에도 관계가 깊으므로 내화물의 품질을 결정하는 요소가 됨(spalling)

기공은 직접 균열이 시작되는 원점의 역할도 하지만 그 기공에 집중되는 응력에o ,

의해 미세균열들과 같은 주위 결함들과 연결되어 파괴를 일으키기도 함 실제 실험.

으로 얻어진 데이터를 정리해 보면 세라믹스에서 기공률 가 강도와 탄성계수에 미P

치는 영향은 다음과 같이 나타남

- 19 -

여기서 와 는 가 일 때의 강도 및 탄성계수 와 는 상수이다 즉 강도, o Eo P 0 , k k’ . ,σ

와 탄성계수는 기공률이 커짐에 따라 지수적으로 낮아진다 위의 식들은 기공률이.

일 때 강도나 탄성계수가 영이 되어야 하는 조건을 만족치는 못하지만 수십 의1 , %

기공률 범위에서는 잘 맞는 관계식들 임

기공이 세라믹스의 인성에 미치는 영향은 그 모양이 어떻게 생겼느냐에 달려있o

음 만일 기공이 구형이라면 진행하던 균열이 이 기공을 만나게 될 때 그 끝이 무. ,

디어지게 되므로 그 인성이 조금 올라가는 효과를 나타냄 만일 기공이 날카롭다면. ,

진행하던 균열이 이 기공을 만나도 그 끝이 무디어지지 않으므로 그 인성은 변화가

없거나 오히려 조금 낮아지는 효과를 나타냄

열충격 특성 영향을 미치는 요인열충격 특성 영향을 미치는 요인열충격 특성 영향을 미치는 요인열충격 특성 영향을 미치는 요인(3)(3)(3)(3)

가 기공률 및 미세구조에 따른 내열충격성.

열팽창으로 인한 시편 충격 완화 하지만 초기 강도도 감소-

나 시편 두께에 따른 내열충격성

시편 두께에 따른 온도구배에 의한 열팽창 차이가 남-

다 기타 열전도도 및 열팽창 계수 시편형상 냉각속도 주위환경에 따른 내열충격성. ,

- 20 -

세라믹의 내구성 강화의 다른 예세라믹의 내구성 강화의 다른 예세라믹의 내구성 강화의 다른 예세라믹의 내구성 강화의 다른 예3.3.3.3.

알루미나와 같이 강도가 높은 고밀도 취성재료는 열충격시 낮은 임계온도를 보이o

며 임계온도 이상의 열충격을 받으면 강도가 상당히 낮아짐

이러한 취성재료의 임계온도를 높이고 또 임계온도 이상의 열충격을 받은 후에도o

어느 정도 높은 강도를 유지시키기 위해서는 열충격을 흡수할 수 있는 기공이나 균

열을 내부에 존재시켜면 되지만 이럴 경우 초기 강도가 낮아진다는 문제점이 있음

한편 지르코니아의 정방 단사의 응력유도 상전이를 이용하여 알루미나 정방정 지o

르코니아를 분산시킨 복합체는 알루미나 자체보다 높은 강도와 인성을 나타냄 또.

는 알루미나에 단사정 지르코니아를 분산시키면 강도는 높지 않지만 미세균열 효과

때문에 인성 및 열충격 저항이 크게 향상된 알루미나 지르코니아 복합체를 제조할

수 있음 강도와 열충격 저항을 동시에 향상시키기 위하여 알루미나에 정방정 및.

단사정 지르코니아를 공존시키되 그 존재 영역을 서로 다르게 한 복합구조를 제조

하는 방법 등이 있음

- 21 -

제 장 시험계획제 장 시험계획제 장 시험계획제 장 시험계획2222

제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황제 절 신뢰성 현황1111

초기 품질 불량률이 높음o

수명 시험시 파괴o Cycle

구조적 불균일성-

고온노출에 따른 열피로-

교환주기 설정을 위한 신뢰도 및 수명데이타 필요o

에 대한 신뢰성 평가 기준 미흡o dummy wafer

제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안제 절 고장원인분석 및 해결방안2222

고장원인 분석방법고장원인 분석방법고장원인 분석방법고장원인 분석방법1.1.1.1.

문헌 조사 및 고장품 고장 분석에 의한 고장 모드 규명Field①

수립에 의한 재현 시험 설정QFD(Quality Function Deployment)②

신뢰성 시험에 의한 고장 재현③

고장 분석에 의한 고장 메커니즘 규명④

소재 재질 공정별 대책 수립, ,⑤

- 22 -

그림 다공구조 의 신뢰성 향상그림 다공구조 의 신뢰성 향상그림 다공구조 의 신뢰성 향상그림 다공구조 의 신뢰성 향상< 6> dummy wafer Methodology< 6> dummy wafer Methodology< 6> dummy wafer Methodology< 6> dummy wafer Methodology

고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안고장원인 해결방안2.2.2.2.

고장 대책 수립과 신뢰성평가기준 마련을 위한 시험 동시 진행Field①

신뢰성 평가를 통하여 적합한 신뢰성 평가 방법 확립②

신뢰성시험장비 및 고장분석장비 활용 신뢰성 평가③

신뢰성평가기준에 합격한 후에도 고장 시료에 대한 대책을 추가로 수립함Field④

으로써 최고의 신뢰성 달성

현공정 재질의 문제점 발견/⑤

고장 분석 결과에 대한 주관기관의 대책 적용 및 Feedback⑥

품질 개선을 위한 관리 기법의 정착⑦

- 23 -

제 절 고장모드제 절 고장모드제 절 고장모드제 절 고장모드3333

의 고장모드의 고장모드의 고장모드의 고장모드1. dummy wafer (Failure mode)1. dummy wafer (Failure mode)1. dummy wafer (Failure mode)1. dummy wafer (Failure mode)

고온변형고온변형고온변형고온변형(1) (heat deformation)(1) (heat deformation)(1) (heat deformation)(1) (heat deformation)

고온에서 오랜시간 노출되게 되면 자중의 영향으로 시간의 경과와 함께 중력방향o

으로 변형이 발생하여 형상 및 디멘젼을 초기의 상태로 유지할 수 없게 된다.

휨휨휨휨(2) (Warpage)(2) (Warpage)(2) (Warpage)(2) (Warpage)

고온의 환경 하에서 자중이외에 성형 및 공정상의 영향으로 남아있는 불균일성에o

기인하여 발생한 잔류응력에 의해서 치수의 변화와 변형이 나타나는 것을 의미한

다.

파괴파괴파괴파괴(3) (Breakdown)(3) (Breakdown)(3) (Breakdown)(3) (Breakdown)

가 급격하게 상승 또는 하강하는 환경에 노출되면 온도차로 인한o dummy wafer

열응력에 의해 발생하는 열충격을 견디지 못하고 부서지게 된다.

미세탈락현상미세탈락현상미세탈락현상미세탈락현상(4) (Chipping)(4) (Chipping)(4) (Chipping)(4) (Chipping)

의 이송 및 내로의 장입 공정 중에 생기는 기계적 충격이o dummy wafer chamber

나 진동에 의해 응력이 가해지는 마진부위에서 발생하는 극소량의 구조물 분리를

의미한다.

- 24 -

제 절제 절제 절제 절4 QFD4 QFD4 QFD4 QFD

1. Two level Quality Function Deployment1. Two level Quality Function Deployment1. Two level Quality Function Deployment1. Two level Quality Function Deployment

(1) Requirements(Stress and Performance) and Failure Modes /Mechanism(1) Requirements(Stress and Performance) and Failure Modes /Mechanism(1) Requirements(Stress and Performance) and Failure Modes /Mechanism(1) Requirements(Stress and Performance) and Failure Modes /Mechanism

MatrixMatrixMatrixMatrix

(2) Failure modes/Mechanism and Test Methods Matrix(2) Failure modes/Mechanism and Test Methods Matrix(2) Failure modes/Mechanism and Test Methods Matrix(2) Failure modes/Mechanism and Test Methods Matrix

- 25 -

수명 시험 계산 방법수명 시험 계산 방법수명 시험 계산 방법수명 시험 계산 방법2.2.2.2.

수명시험의 경우 에 의한 발췌 시험 방법을 채택하였음o MIL-STD-69OC .

에 의해 목표o MIL-STD-690C B10 수명을 보장하는 수명 시험 시간을 계산 하였

다 시료의 수명 분포가 지수분포를 따른다고 가정하면 시험시간은 다음과 같음.

여기서 texp는 시험 시간 는 신뢰 수준 은 시료의 개수, (1- ) , n , Bβ 10은 목표수명 이

다.

주요 고장 메커니즘은 열충격 반복노출시 에 의한 균열 및 파괴o Fatigue .

시험 방법을 열충격 시험으로 설정하여 목표o B10수명은 실제 적용공1500cycle (

정의 스케줄을 고려할 때 하루 번 동작시 년 총동작회수4 1 )

도로 유지되는 로에서 보트가 내려오고 올라감 회 회 후에 세정공- 400 100 ~120℃

정 실시 세정공정 후 은 에서 이루어짐. baking 650℃

신뢰 수준은 시료의 개수는 개로 설정하였을 때 위의 조건에 의o 60%( =0.4), 21β

한 열충격 시험 조건은 지수분포를 전제하였을 때 다음과 같음

실제는 일 회 정도 반복하는 공정이지만 열충격 조건만 반복하는 것이 므로o 1 4

사용시간 가속 열충격 시험을 실시함

- 26 -

시험법 수립 및 최적화를 통해 상승 분 유지 하강 분 유지로 설계 하루- 25 15 .→ → →

회 반복으로 총 일 시험36 17.5

의 유지온도는 의 온도인 도보다 도 높- furnace diffusion line furnace 400 50℃ ℃

은 으로 하였으며 회 회 사용 후 실시되는 세정 및 에서의450 , 100 ~120 650℃ ℃

은 조건으로 하였음baking 700℃

각 샘플의 시간을 관찰 측정하여 수명곡선을 얻는다 수명곡선을o failure . weibull

으로 가정하고 하여 형상모수를 얻는다 얻어진 형상모수의distribution curve fitting .

적용을 통하여 수명기준 및 교환주기를 결정할 수 있음

교환주기 목표는 신뢰수준 로 가 고장나는 기간이 년이 넘어야한다 신o 60% 10% 1 .

뢰성 대비 신뢰성 목표가 년이 적당하다고 판단하였음cost B10 1

- 27 -

제 절 실험방법제 절 실험방법제 절 실험방법제 절 실험방법5555

물성평가방법물성평가방법물성평가방법물성평가방법1.1.1.1.

(1) Metal contamination(1) Metal contamination(1) Metal contamination(1) Metal contamination

은 공정에 투입한 후 수거한 더미웨이퍼의 표면 금속불순물 성분o contamination

을 분석은 유도결합ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry ;

플라스마 질량 분광법 분광분석에 의해 이루어졌다) .

는 고주파유도코일의 유도결합전류에 의해 형o ICP(Inductively Coupled Plasma)

성된 고온 이상 의 에 실 용액을 분무하면 시료의 원자는 들뜨게(6000K ) Ar plasma

되고 여기된 원자가 바닥상태로 이동할 때 방출하는 발광선 및 발광강도를 측정하,

여 원소의 정성 및 정랑분석에 이용하는 방법이다 즉 물질을 구성하고 있는 원소.

의 원자는 원자핵과 이것을 둘러싸고 괘도운동을 하는 전자로 구성되어 있는데 원,

자에 전기 열 에너지를 공급하면 괘도운동을 하는 전자가 에너지를 흡수하여 높은ㆍ

에너지상태의 괘도(E2 로 이동하게 된다 그러나 높은 에너지 상태의 괘도운동은)

10-7~10

-8초 정도에서 끝나고 낮은 에너지 상태의 괘도, (E1 로 이동한다 이때) . E2와

E1의 에너지 차이가 빛의 형태로 방출되는데 본 장치는 이 빛을 회절격자분광기로,

분광시킨 후 파장별 빛의 강도를 측정하여 시료에 포함된 원소의 정성 정량 분석ㆍ

을 한다.

는 와 마찬가지로 고온의 플라즈마기술을 이용하고 있지만 각 원소는o ICP-MS ICP

플라즈마를 통과하며 원자궤도함수의 전자가 궤도 밖으로 떨어져 나가 이온화되고

이렇게 이온화된 원소를 분리검출함으로써 정성정량분석 한다는 관점에서 파장을

측정하는 와 차별화된 기술이다ICP .

- 28 -

유도결합 플라즈마 질량분석법 은 는 이온 생성o (ICP-MS) trace element analysis

장치인 와 생성된 이온 을 검출하는 질량분석기ICP (singly charged analyte ion)

로 이루어져 있으며 여 원소를 수준까지 정성은(mass spectrometer) , 70 sub-ppb

물론 정량까지 할 수 있는 분석방법이다.

그림 요업기술원 보유 일반적인 장비< 7> (A) ICP-MS (Perkin Elmer DRC ll), (B)

원소분석 기기별 분석원리

통상적인 웨이퍼 표면의 금속불순물 총량o (Total Metal Contamination) ICP-MS

분석을 위한 시편 준비 및 측정은 다음과 같다.

분석하고자 하는 웨이퍼의 표면 상면 하면 또는 일정부위 에 을 적하한 후( / ) HNO3①

일정시간 유지하여 최소 의 용액을 채취한다1~2ml .

용액은 용해 후 용량플라스크로 옮기고 희석하여 시료용액으로 한다.②

각 원소별 검정곡선 작성용 표준용액을 제조한다.③

표준용액을 로 측정하여 검정곡선을 작성한다ICP-MS .④

시료용액을 로 측정하여 농도를 산출한다ICP-MS .⑤

Li, Na, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, In, Ba, Ta, W, Pb⑥

의 금속분순물의 양을 합산한다.

- 29 -

평행도 두께편차평행도 두께편차평행도 두께편차평행도 두께편차(2) ( )(2) ( )(2) ( )(2) ( )

제품의 과 시 이송척의 작동과 좁은 이 연속적으로 형성되o loading un-loading slit

어있는 의 조밀한 공간활용을 고려할 때 더미웨이퍼의 평행도 두께편차 가 매boat ( )

우 중요함

평행도 두께편차 측정에는 만능측장기o ( ) (Universal Measuring Machine, Carl

와 를 이용하였다 만능측장기의 회Zeiss) Laser interferometer (Renishaw, ML 10) .

전 에 고정한 후 개의 더미웨이퍼에 대해서 회의 측정을 실시하였다jig 3 9~12 .

는 레이저발생원으로o Laser Interferometer(Renishaw, LM 10) Helium-Neon

를 사용하고 파장 파장의 안정성 진공 위치 측정거리laser 0.633um, ( ) 0.1ppm,

짧은 범위 직진도 측정 범위 긴 범위 직진도 측정 범위40m, 4m, 30m, Accuracy

의 제원을 가지고 있다±0.7ppm (0~40 ), Resolution 0.001um .℃

그림 만능측장기그림 만능측장기그림 만능측장기그림 만능측장기< 8>< 8>< 8>< 8>

- 30 -

실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기(3) -(3) -(3) -(3) -

실장조건의 에서 사용하는 의 단면디멘젼과 동일하게 제o diffusion chamber boat

작한 의 에 더미웨이퍼를 거치quartz boat slit

엘리베이터 로에서 도부터 도까지 도씩 설정온도를 증가시켜가며 파괴o 600 950 50

를 관찰하여 실장시 버팀온도를 평가하였음

설정온도까지의 승온속도는 였으며 각 설정온도에서의 유지시간은o 5 /min , 30℃

분씩으로 고정하였다.

실장시험온도를 평가하기 위하여 샘플을 적재한 후 승온하여 설정온도에서 열포o

화가 이루어지도록 일정시간 유지한다.

적재샘플을 상온으로 급하강시켜 실장시험기내부와 상온간의 온도차이에 기인한o

열충격 및 열응력이 샘플에 가해지도록 한다 실장시험기의 설정온도를 상향해가면.

서 파괴되는 온도를 관찰하여 최대실장시험온도를 측정하였다.

그림 실장시험기그림 실장시험기그림 실장시험기그림 실장시험기< 9>< 9>< 9>< 9>

- 31 -

실장시험온도실장시험온도실장시험온도실장시험온도(4) -RTP(Rapid Thermal Process)(4) -RTP(Rapid Thermal Process)(4) -RTP(Rapid Thermal Process)(4) -RTP(Rapid Thermal Process)

공정에서의 열충격성능을 평가하기 위하여 나노종합팹센터의o Diffusion

장비 를 사용하였다RTP(Rapid Thermal Process) (RTA200H-SPI, NYMTECH) .

급격한 온도변화를 위해 초당 도 승온 하강 시켰을 때 견딜 수 있는 온o 30 , , Max.

도를 테스트 하였다.

그림 장비그림 장비그림 장비그림 장비< 10> RTP(Rapid Thermal Process)< 10> RTP(Rapid Thermal Process)< 10> RTP(Rapid Thermal Process)< 10> RTP(Rapid Thermal Process)

기공률기공률기공률기공률(5)(5)(5)(5)

가 겉보기 비중가 겉보기 비중가 겉보기 비중가 겉보기 비중....

무게를 겉보기부피와 같은 부피를 가진 의 물의 무게로 나눈값 즉 겉보기부o 4 ,℃

피란 내화물의 밀폐기공을 포함한 부피를 말한다 또는 물이 침투할 수 있는 기공.

을 제외한 물체의 비중이다 겉보기 비중 는 다음 식에 따라 계산하고 소수점. Da ,

이하 자리까지 구한다3 .

- 32 -

나 부피 비중나 부피 비중나 부피 비중나 부피 비중....

무게를 그 부피로 나눈 값이며 부피란 내부에 있는 기공을 포함한 외형의 부피o ,

를 말한다 또는 원래 존재하는 기공은 그대로 두었을 경우의 물체의 비중을 말한.

다 부피 비중 는 다음 식에 따라 계산하고 소수전 이하 자리까지 구한다. Db , 3 .

여기에서, W1 건조무게:

W2 수중무게:

W3 젖음무게:

다 겉보기 기공률의 계산다 겉보기 기공률의 계산다 겉보기 기공률의 계산다 겉보기 기공률의 계산....

겉보기 기공률 는 다음 식에 따라 계산하고 소수점 이하 자리까지 구한o (%) Po , 1

다.

다 측정방법다 측정방법다 측정방법다 측정방법....

액중칭량 측정방법은 다음과 같다o .

- 33 -

시험편을 의 항온기 중에서 건조하고 항량이 되었을 때의 무게를 건조110±5① ℃

무게 로 한다 일반적인 세라믹스 소결체의 경우에 의 항온기 중에Wl (g) . 110±5℃

서 시간 정도 건조하면 항량 이 되었다고 생각할 수 있다 무게는 까지 정3 . 1 mg

확히 단다.

건조 무게를 측정한 시험편을 증류수 속에 담가 시간 이상 끓이고 실온까지 냉3②

각한다 이때 증류수를 가하여 냉각하여도 무방하다 수중의 시료를 지름 이. 1 mm

하의 철사로 물 속에 매단 채로 달아 철사의 무게를 뺀 값을 시료의 수중무게, W2

로 한다(g) .

시료를 물 속에서 꺼내어 물수건으로 표면을 닦고 무게를 달아 포수무게, W3③

로 한다(g) .

기공률 수은압입법기공률 수은압입법기공률 수은압입법기공률 수은압입법(6) -(6) -(6) -(6) -

수은압입측정기 를 이용하여 기공률 등 기공특o (AutoPore IV 9500, Micromeritics)

성을 측정하였다.

- 34 -

그림 수은압입측정기 및 가스식비중측정기< 11> (AutoPore IV 9500, Micromeritics)

(Micromeritics, AccuPycTM1330)

수은압입법에 의한 측정은 물질에 대해 한 독특한 수은의 성질을 이o non-wetting

용 외부에서 압력을 가해 시료가 갖고 있는 기공 내에 수은을 관입 시켜, (Intrusion)

그 관입된 양으로부터 근거하여 총 기공의 부피 기공의 크기 및 분포 기공의 표면, ,

적 밀도 기공률 등을 구한다, , % .

가스식비중측정기가스식비중측정기가스식비중측정기가스식비중측정기(7)(7)(7)(7)

액중칭량법과 유사한 개념으로 겉보기 비중을 측정하기 위하여 가스식비중측정기o

(Micromeritics, AccuPycTM

를 이용하였다1330) .

가스식비중측정기로 이상기체 상태방정식 을 이용해서 미리 구해진 샘플o (PV=nRT)

셀 의 부피 와 샘플의 부피차이로 샘플의 부피를 구한다 헬륨가(Sample cell) (3.5cc) .

스를 주입할 때의 부피와 압력변화를 변수로 하여 최종적인 샘플의 부피를 측정하

여 밀도값을 산출한다 분석용 가스로는 고순도 헬륨 이상 을 사용한다. (99.999% ) .

- 35 -

수명시험방법수명시험방법수명시험방법수명시험방법2.2.2.2.

사용조건사용조건사용조건사용조건(1)(1)(1)(1)

온도o :

공정사용온도- 400℃

온도- baking 650℃

승온 엘리베이터로에서 수직 상승 및 하강o : (40mm/min)

사용주기 일일 회o : 4

수명 시험수명 시험수명 시험수명 시험(2)(2)(2)(2)

시험 방법 열충격 시험 일 회 정도 반복하는 공정이지만 열충격 조건만 반복o : (1 4

하는 것이므로 사용시간 가속 열충격 시험을 실시)

온도o :

공정시 사용 최고온도가 이므로 에서 수명 시험 실시- 400 450℃ ℃

회 회 사용후 세정 및 에서 을 실시하므로 온도싸이- 100 ~120 650 baking 450℃ ℃

클 시험을 회 회 실시한 후 에서 열충격 시험 실시100 ~120 700℃

기대수명 년o (B10) : 1

실제 적용공정의 스케줄을 고려할 때 하루 번 동작시 년 총동작회수 목표- 4 1 ( B10

수명 는 에 해당) 1500cycle

- 36 -

신뢰 수준은 시료의 개수는 개로 설정하였을 때 위의 조건에 의o 60%( =0.4), 10β

한 열충격 시험 조건은 지수분포를 전제하였을 때 다음과 같음

시험법 수립 및 최적화를 통해 상승 분 유지 하강 분 유지로 설계 하루o 25 15 .→ → →

회 반복으로 총 일 시험36 17.5

방법방법방법방법3. Failure Analysis3. Failure Analysis3. Failure Analysis3. Failure Analysis

(1) Visual Inspection(1) Visual Inspection(1) Visual Inspection(1) Visual Inspection

실제로 대부분의 잠재 고장 요인은 외관 분석에 의해 발견되어질 수 있음 이 방o .

법으로 등을 검출할 수 있으며 육안 관찰 및 에 의한Corrosion, Crack Microscopy

관찰이 있음.

비파괴 분석비파괴 분석비파괴 분석비파괴 분석(2)(2)(2)(2)

고장 발생 전에 고장의 잠재 요인을 검출하는 방법으로o X-ray, SAM(Scanning

등의 방법이 있다 시료를 파괴하지 않고 내부의 를Acoustic Microscopy) . Defect

검사할 수 있으며 내부 및 파괴 등의 고장을 검출할 수 있다Crack .

반사법o C-SCAN ( )

검사하고자 하는 접합면에 하여 검사하는 방법- focusing

반사파의 위상과 크기를 분석하여 접합면의 상태를 보여줌-

들뜸 또는 실리콘 칩의 깨짐 등을 검사-

- 37 -

그림 비파괴 검사의 원리그림 비파괴 검사의 원리그림 비파괴 검사의 원리그림 비파괴 검사의 원리< 12> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 12> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 12> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 12> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)

파괴 분석파괴 분석파괴 분석파괴 분석(3)(3)(3)(3)

고장 발생 후 을 규명할 수 있는 방법으로 분해o Failure site, Mode, Mechanism

하여 검사한다 육안에 의한 검사. , SEM(Scanning Electron Microscopy),

에 의한 검사 등이 있다Microscopy .

- 38 -

제 장 실험결과제 장 실험결과제 장 실험결과제 장 실험결과3333

제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립제 절 제조공정확립1111

제조공정제조공정제조공정제조공정1.1.1.1.

그림 알루미나 더미 웨이퍼의 제조공정도그림 알루미나 더미 웨이퍼의 제조공정도그림 알루미나 더미 웨이퍼의 제조공정도그림 알루미나 더미 웨이퍼의 제조공정도< 13>< 13>< 13>< 13>

- 39 -

성형공정성형공정성형공정성형공정2.2.2.2.

성형공정시에 성형체 내에 밀도구배가 발생함을 확인하였음o

성형체의 원판을 분획하여 위치정보를 유지하며 차소결체와 완전소결체의 밀도o 1

를 측정하여 위치에 따른 밀도변화를 추적하였음

그림 위치에 따른 차소결체의 밀도변화 관찰을 위한 시편그림 위치에 따른 차소결체의 밀도변화 관찰을 위한 시편그림 위치에 따른 차소결체의 밀도변화 관찰을 위한 시편그림 위치에 따른 차소결체의 밀도변화 관찰을 위한 시편< 14> 1< 14> 1< 14> 1< 14> 1

그림 가소결체의 밀도 측정그림 가소결체의 밀도 측정그림 가소결체의 밀도 측정그림 가소결체의 밀도 측정< 15> archimedes & Hg porosimeter< 15> archimedes & Hg porosimeter< 15> archimedes & Hg porosimeter< 15> archimedes & Hg porosimeter

- 40 -

그림 소결 전후 밀도 측정 결과그림 소결 전후 밀도 측정 결과그림 소결 전후 밀도 측정 결과그림 소결 전후 밀도 측정 결과< I6> 1650 wafer< I6> 1650 wafer< I6> 1650 wafer< I6> 1650 wafer℃℃℃℃

연마공정연마공정연마공정연마공정3.3.3.3.

그림 연마공정 장비그림 연마공정 장비그림 연마공정 장비그림 연마공정 장비< 17>< 17>< 17>< 17>

위의 그림은 두께 스펙을 맞추기 위한 평면 연마 가공을 보여 주고 있다o .

- 41 -

o Al2O3는 소재에서 최종가공단계까지 긴 시간과 단계별 섬세한 공정이 요구되는

데 특히 웨이퍼의 물리적 스펙에 맞추어 연마공정을 어떻게 마무리 하느냐에 따라, ,

생산 수율에 상당한 영향을 끼칠 수 있다.

특히 웨이퍼의 두께가 이하이므로 연마 압력 조절 연마 의 상태 기o 0.7mm , Bed ,

타 다른 연마 조건에 따라 연마 시 깨짐 등이 발생할 가능성이, Bending, , Chipping

높다.

o Al2O3는 다른 재질처럼 잉곳을 만들어 얇게 하는 공정 자체가 아주 어렵기Slicing

때문에 설령 가능하다고 해도 상당한 비용이 듬 이를 가능하게 하는 것도 생산 수( )

율 향상의 관건이 될 수 있다 현재는 원소재 두께가 사이인데 최종 두께. 5~6mm ,

까지 상당한 연마 시간이 소요되고 있다 이 때문에 에 대한 검토 및 평탄을. Slicing

유지하면서 최대한 얇게 소결할 수 있는 소결기술에 대한 검토가 지속적으로 이루

어 져야 한다.

공정최적화를 위한 인자영향평가 실험공정최적화를 위한 인자영향평가 실험공정최적화를 위한 인자영향평가 실험공정최적화를 위한 인자영향평가 실험4.4.4.4.

기공률의 영향평가기공률의 영향평가기공률의 영향평가기공률의 영향평가(1)(1)(1)(1)

첨가하는 기공전구체의 를 로 제어함에 따라 기공률을 조절o vol% 5%, 10%, 20%

한 더미웨이퍼를 제작하여 열충격을 관찰하였음

- 42 -

그림 기공전구체함량에 따른 계산기공률 및 측정기공률그림 기공전구체함량에 따른 계산기공률 및 측정기공률그림 기공전구체함량에 따른 계산기공률 및 측정기공률그림 기공전구체함량에 따른 계산기공률 및 측정기공률< 18>< 18>< 18>< 18>

표 기공전구체 첨가량에 따른 계산기공률 및 측정기공률표 기공전구체 첨가량에 따른 계산기공률 및 측정기공률표 기공전구체 첨가량에 따른 계산기공률 및 측정기공률표 기공전구체 첨가량에 따른 계산기공률 및 측정기공률< 5>< 5>< 5>< 5>

기공전구체 함량 에서 내렸을 때 이미 로 내에서 조각으로 파괴되o 10% : 600 2℃

어 있었음

- 43 -

기공전체 함량 에서 내린 후 약 분 조각으로 파괴o 20% : 600 ( 1 ) 3℃

그림 기공전구체 함량 에 따른 열충격 특성관찰그림 기공전구체 함량 에 따른 열충격 특성관찰그림 기공전구체 함량 에 따른 열충격 특성관찰그림 기공전구체 함량 에 따른 열충격 특성관찰< 19> (10%, 20%)< 19> (10%, 20%)< 19> (10%, 20%)< 19> (10%, 20%)

균열의 영향평가균열의 영향평가균열의 영향평가균열의 영향평가(2)(2)(2)(2)

잉크테스크 결과 균열이 관찰된 샘플과 균열이 관찰되지 않은 샘플의 열충격 테o

스트를 실시하여 균열이 내열충격성에 미치는 영향을 평가하였음

그림 잉크테스크시 균열이그림 잉크테스크시 균열이그림 잉크테스크시 균열이그림 잉크테스크시 균열이 발견된발견된발견된발견된 시편의 내열충격성 비교 테스시편의 내열충격성 비교 테스시편의 내열충격성 비교 테스시편의 내열충격성 비교 테스트트트트< 20>< 20>< 20>< 20>

- 44 -

잉크테스트결과 균열이 관찰되었던 더미웨이퍼는 에서 파괴되었으o Crack 600℃

며 균열이 관찰되지 않았던 정상 더미웨이퍼는 에서 파괴되었음, 900℃

따라서 잉크테스트 결과 관찰된 균열은 더미웨이퍼의 열충격에 매우 큰 영향을o

미침

응응응응집집집집기공의 영향평가기공의 영향평가기공의 영향평가기공의 영향평가(3)(3)(3)(3)

잉크테스트를 실시한 결과 균열은 아니지만 웨이퍼의 중심에 기공이 응집되어 있o

는 더미웨이퍼의 열충격 파괴특성을 관찰하여 응집기공이 더미웨이퍼의 열충격물성

에 미치는 영향을 평가하였음

그림 비파괴 검사에 의한그림 비파괴 검사에 의한그림 비파괴 검사에 의한그림 비파괴 검사에 의한< 21> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 21> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 21> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 21> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)

응응응응집집집집기공관찰기공관찰기공관찰기공관찰

기포응집에 의해 내열충격 온도가 약간 낮아짐 중간부분에 응집이 영향을 미침o ,

- 45 -

응집기공이 존재하는 시편은 에서 파괴되었으며 응집기공이 없는 시편은o 800 ,℃

에서 파괴되었음850 .℃

잉크테스트에서 관찰된 균열과는 다르게 열충격에 영향을 미침o .

이는 응집기공이 원형으로 균열에서와 같이 응력집중에 의한 균열생성 및 성장에o

상대적으로 유리하지 않기 때문임

원형기공의 내열충격성 영향원형기공의 내열충격성 영향원형기공의 내열충격성 영향원형기공의 내열충격성 영향(4)(4)(4)(4)

외형을 육안으로 관찰할 때 확인되지 않은 원형기공이 을 이용한o SAM C-scanㆍ

분석에서 관찰되었음.

더미웨이퍼의 열충격 파괴특성을 관찰하여 원형기공이 더미웨이퍼의 열충격 물성o

에 미치는 영향을 평가하였음

그림 비파괴 검사에 의한 원형그림 비파괴 검사에 의한 원형그림 비파괴 검사에 의한 원형그림 비파괴 검사에 의한 원형< 22> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 22> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 22> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 22> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)

기공관찰기공관찰기공관찰기공관찰

- 46 -

물결물결물결물결무늬무늬무늬무늬관찰 및 내열충격성 영향관찰 및 내열충격성 영향관찰 및 내열충격성 영향관찰 및 내열충격성 영향(5)(5)(5)(5)

외형을 육안으로 관찰할 때 물결무늬의 웨이퍼가 확인되는 경우가 있음o

이러한 물결무늬는 기공전구체의 도입에 따른 것으로 성형을 위해 준비한 슬러리o

내에서 기공전구체와 산화물원료분말인 알루미나와의 비중차이에 기인하는 것으로

사료됨

그림 비파괴 검사에 의한 물결그림 비파괴 검사에 의한 물결그림 비파괴 검사에 의한 물결그림 비파괴 검사에 의한 물결무늬무늬무늬무늬< 23> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 23> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 23> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)< 23> SAM(Scanning Acoustic Microscopy)

관찰관찰관찰관찰

방방방방추추추추형 결함존재에 따른 파괴형 결함존재에 따른 파괴형 결함존재에 따른 파괴형 결함존재에 따른 파괴(6)(6)(6)(6)

물결무늬의 웨이퍼를 미세구조 분석시 방추형의 결함이 확인되었음 방추형 결함o .

이 존재하는 더미웨이퍼와 정상 더미웨이퍼의 열충격 테스트를 실시함

- 47 -

그림 웨이퍼 물결그림 웨이퍼 물결그림 웨이퍼 물결그림 웨이퍼 물결무늬무늬무늬무늬부위의 미세구조 분석부위의 미세구조 분석부위의 미세구조 분석부위의 미세구조 분석< 24>< 24>< 24>< 24>

방추형 결함이 존재하는 경우 내열충격 온도가 낮아짐o

결함존재시편 에서 파괴 결함존재시편 파괴형상- 600 , 900℃ ℃

그림 방그림 방그림 방그림 방추추추추형 결함에 따른 내열충격성 평가형 결함에 따른 내열충격성 평가형 결함에 따른 내열충격성 평가형 결함에 따른 내열충격성 평가< 25>< 25>< 25>< 25>

- 48 -

두께의 영향평가두께의 영향평가두께의 영향평가두께의 영향평가(7)(7)(7)(7)

두께에 따른 열충격 저항성의 변화를 확인하기 위하여 두께를 달리 하여 준비한o

시제품의 특성을 관찰하였음 두께는. A : 0.65T, B : 0.7T, C : 0.75T

열충격 시험 온도 및 시간o

까지 분당 승온- 600 5℃ ℃

목표온도 간격으로 설정- 50℃

목표온도 도달시 유지 분 목표온도 유지 직후 상온으로 내려 열충격 분- 17 , 5

총 까지 열충격 번 반복 후 완료- 950 5℃

그림 두께에 따른 내열충격성 평가그림 두께에 따른 내열충격성 평가그림 두께에 따른 내열충격성 평가그림 두께에 따른 내열충격성 평가< 26>< 26>< 26>< 26>

두께가 가장 얇은 에서 내열특성이 가장 좋았음 두께가 다른 인자들에 비o 0.65T .

해 가장 큰 영향을 줌.

는 장 중 한 장이 에서 파괴되고 장은 까지 이상없음- 0.65T 4 800 3 950℃ ℃

는 에서 각각 한 장씩 파괴되었음- 0.7T 600 , 700 , 800℃ ℃ ℃

는 에서 장이 파괴되고 한 장은 까지 이상없음- 0.75T 800 2 , 950℃ ℃

- 49 -

(a) 0.65T(a) 0.65T(a) 0.65T(a) 0.65T (b) 0.7T(b) 0.7T(b) 0.7T(b) 0.7T (c) 0.75T(c) 0.75T(c) 0.75T(c) 0.75T

그림 두께에 따른 내열충격성 평가 후 파괴 시편그림 두께에 따른 내열충격성 평가 후 파괴 시편그림 두께에 따른 내열충격성 평가 후 파괴 시편그림 두께에 따른 내열충격성 평가 후 파괴 시편< 27>< 27>< 27>< 27>

레레레레이저마이저마이저마이저마킹킹킹킹의 영향평가의 영향평가의 영향평가의 영향평가(8)(8)(8)(8)

레이저마킹이 열충격 저항성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 레이저마킹한 제o

품의 열충격 시험을 실시하고 파괴성상을 관찰하여 레이저마킹이 파괴원이 되는지

확인하였음

하강 완료 후 약 분 후 조각으로 파괴- DW 07011243 650 1 3℃

하강 완료 후 몇 초 간격으로 조각으로 파괴- DW 07011242 650 4℃

그림그림그림그림 레레레레이저마이저마이저마이저마킹킹킹킹의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편< 28>< 28>< 28>< 28>

- 50 -

레이저 마킹한 제품에서도 기존 제품과 같이 균열이 중심부근에서부터 바깥방향o

으로 향함

성장하는 균열도 레이저 마킹부분과 연결되는 경향도 뚜렷하지 않음o

따라서 레이저 마킹 부분이 파괴원으로 작용하지는 않은 것으로 보임o

어닐링어닐링어닐링어닐링의 영향평가의 영향평가의 영향평가의 영향평가(9)(9)(9)(9)

소결 및 가공공정을 통해 완료된 제품을 어닐링을 실시하여 내열충격성을 향상시o

킬 수 있는지를 확인하고자 하였음

기공률 두께 직경- 5%, 0.62T, 200mm

그림그림그림그림 어닐링어닐링어닐링어닐링의 내열충격성 영향 평가의 내열충격성 영향 평가의 내열충격성 영향 평가의 내열충격성 영향 평가< 29>< 29>< 29>< 29>

어닐링을 한 경우 내열충격 온도가 높아짐o

한 시편 열충격 파괴온도 안한 시편 열충격 파괴온도- annealing 950 , annealing℃

850~900℃

어닐링을 통하여 가공시 발생한 응력이 상당량 제거되었기 때문으로 사료됨o

- 51 -

(a) Annealing(950 )(a) Annealing(950 )(a) Annealing(950 )(a) Annealing(950 )℃℃℃℃ (b) Non-annealing(900 )(b) Non-annealing(900 )(b) Non-annealing(900 )(b) Non-annealing(900 )℃℃℃℃ (c) Non-annealing(850 )(c) Non-annealing(850 )(c) Non-annealing(850 )(c) Non-annealing(850 )℃℃℃℃

그림그림그림그림 어닐링어닐링어닐링어닐링의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편의 내열충격성 영향 평가 후 파괴 시편< 30>< 30>< 30>< 30>

고장분석과 공정최적화에 따른 신뢰성향상 전후 특성고장분석과 공정최적화에 따른 신뢰성향상 전후 특성고장분석과 공정최적화에 따른 신뢰성향상 전후 특성고장분석과 공정최적화에 따른 신뢰성향상 전후 특성5.5.5.5.

초기품질 불량률 대에서 대로 감소60% 10%□

그림 신뢰성향상전 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상전 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상전 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상전 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴율율율율< 31> (A) (B) ( 67.5%)< 31> (A) (B) ( 67.5%)< 31> (A) (B) ( 67.5%)< 31> (A) (B) ( 67.5%)

고장분석 및 공정최적화 과정을 거치기 전 더미웨이퍼의 실장온도 내열충격특성o

은 매우 낮아서 내열충격 시험에서 장의 더미웨이퍼 중 장의 더미웨이퍼가 파40 29

손되어 의 파괴율을 나타내었다67.5% .

- 52 -

그러나 공정개선 및 인자제어를 기공률 등 구조인자 최적화 노력과 등의o SAM

비파괴 분석을 통한 응집기공과 방추형결함 잔류확인 영향평가 및 개선노력 등 제, (

장 관련내용 참조 을 통하여 초기품질을 개선할 수 있었다3 ) .

그림 는 고장분석 및 공정최적화 과정을 통하여 신뢰성향상이 이루어진 더미o 32

웨이퍼의 실장온도 내열충격특성 관찰 결과로 내열충격시험에서 장의 더미웨이퍼12

중 장의 더미웨이퍼가 파손되어 의 파괴율을 나타내었다2 16.7% .

그림 신뢰성향상 후 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상 후 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상 후 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴그림 신뢰성향상 후 내열충격 특성 실험전 실험후 파괴율율율율< 32> (A) (B) ( 16.7%)< 32> (A) (B) ( 16.7%)< 32> (A) (B) ( 16.7%)< 32> (A) (B) ( 16.7%)

고장분석 및 신뢰성향상의 개념을 도입하여 초기 품질불량률을 에서o 67.5%

로 개선할 수 있었으며 최적화 이후 발생하는 초기 품질불량은 최대의 열충16.7% ,

격응력이 가해지는 실장시험온도 이하의 온도에서 샘플 전수에 대하여50~100℃

열충격을 수회 반복하는 스크린 테스트를 수행하여 제거할 수 있었다.

- 53 -

제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험제 절 신뢰성 실험2222

1. Metal Contamination1. Metal Contamination1. Metal Contamination1. Metal Contamination

실장테스실장테스실장테스실장테스트트트트 준비준비준비준비(1)(1)(1)(1)

제조완료된 다공성 알루미나 더미 웨이퍼는 카세트에 보관함o

후 더미웨이퍼의 상태가 양호함이 확인되었음o Clean

그림 알루미나 웨이퍼 제그림 알루미나 웨이퍼 제그림 알루미나 웨이퍼 제그림 알루미나 웨이퍼 제작작작작 입고사진입고사진입고사진입고사진< 33>< 33>< 33>< 33>

평가 및 결과평가 및 결과평가 및 결과평가 및 결과(2)(2)(2)(2)

더미웨이퍼를 공정에 적용하였을 때 더미웨이퍼로부터 금속불순물이o Diffusion

발생하여 내로 확산하여 공정 진행 중인 반도체 제조용diffusion chamber

에 오염시키는 정도는 더미웨이퍼의 공정 채용에 있어processing wafer Diffusion

서 가장 기본적인 요건이다.

- 54 -

웨이퍼의 불순물농도는 급 이하의 수준에서 분석이 필요하여 특히 분석감도o ppm

가 뛰어나 여종 이상의 원소에 대해서 급의 분석을 할 수 있는 를60 ppb ICP-MS

사용하였다 는 플라즈마를 이온화 로 이용하고 사극자 질량분석. ICP-MS Ar source

기로 이온을 분리하여 시료중의 원소를 분석하는데 사용되는 기기이다 구체적인 장

점은 아래와 같다.

측정하한이 매우 낮다 대부분의 원소의 경우 보통 에서 사이의 측정. 1 100pg/ml①

하한을 보이는데 이는 기존의 에서 보다 보통 에서 배 우수한 값ICP-AES 100 1,000

이다 또한 측정 하한은 주기율표상의 거의 대부분원 소들을 포함한다. .

질량스펙트럼이 간단하며 각 동위원소의 에 따라 가 나타나므로abundance peak②

쉽게 분석이 가능하게 되고 또한 분석 과정을 자동화하기가 유용하다.

원소의 동위원소 비를 측정할 수 있어 이를 이용한 분석법 동위원소 희석법 이( )③

나 추적자 연구에 활용할 수 있다.

측정을 위한 는 의o Total Metal Contamination Monitoring wafer process wafer

상단 매 하단 매를 취하여 사용하였고 와5 , 5 , SiC Al2O3 더미웨이퍼를 이용한 각각

의 공정에서 를 하여 성장하여 분석을 진행하였다 분TO wafer Load poly ICP-MS .

석대상 금속불순물 이온은 Li, Na, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As,

이었다Cd, In, Ba, Ta, W, Pb .

분석결과 더미웨이퍼 사용시 에서의 총 금속분순o ICP-MS SiC Monitoring wafer

물 은(Total Metal Contamination) 18.48E10 Atoms/cm2였다 이 값은 다소 높은.

값이나 더미웨이퍼 기준 요구 은SiC spec 5E11 Atoms/cm2으로 양호한 결과이다.

o Al2O3 더미웨이퍼 사용시 총 금속분순물은 1.58E10 Atoms/cm2로 목표인

<2.0E10 Atoms/cm2를 달성하였음을 확인하였다 이러한 결과는 다공구조 알루미.

나 더미웨이퍼가 실제 생산 에Wafer (Product Wafer) Metal

- 55 -

의 오염원으로써 전혀 작용하고 있지 않는 것을 확인한 것이다 또Contamination .

한 이러한 목표치 달성은 고집적화 고효율화로 부식가스의 채용이 증가하고 있는

추세에 기존 더미웨이퍼 사용시 우려되는 오염의 문제점을 해결책 제시를 의미한

다.

그림그림그림그림< 34> Al< 34> Al< 34> Al< 34> Al2222OOOO3333 오염오염오염오염평가평가평가평가Dummy Wafer Depo (ICP-MS)Dummy Wafer Depo (ICP-MS)Dummy Wafer Depo (ICP-MS)Dummy Wafer Depo (ICP-MS)

표 더미웨이퍼에 따른 의표 더미웨이퍼에 따른 의표 더미웨이퍼에 따른 의표 더미웨이퍼에 따른 의< 6> monitor wafer Total Metal Contamination< 6> monitor wafer Total Metal Contamination< 6> monitor wafer Total Metal Contamination< 6> monitor wafer Total Metal Contamination

SampleTotal Metal Contamination

(monitor wafer)비고

더미웨이퍼 사용시SiC 18.48E10

Al2O3 더미웨이퍼 사용시 1.58E10목표달성

<2.0E10

측정을 위한 는 의 상단 매 하단* Total Metal Contamination Monitoring wafer process wafer 5 ,

매를 취하여 사용하였음5

와* SiC Al2O3 더미웨이퍼에 를 하여 성장하여 분석을 진행하였음TO wafer Load poly ICP-MS

* Metal Ion Li, Na, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, In, Ba, Ta, W, Pb

- 56 -

두께두께두께두께 농농농농도 파도 파도 파도 파티클티클티클티클 리리리리프팅프팅프팅프팅 관찰관찰관찰관찰(3) , , ,(3) , , ,(3) , , ,(3) , , ,

실험을 통해서 아래와 같은 사실을 확인 할 수 있는데 전부 양호하다o , .

o Al2O3 를 로 사용시 생산 의Wafer Dummy Wafer Wafer

농도는 일정하게 유지되는가?①

문제는 없는가Particle ?②

누적두께에 의한 누적막 일어남 와 밀접한 관련 은 없(Lifting. Particle Source )③

는가가 항상 확인되어야 함

그림그림그림그림< 35> Al< 35> Al< 35> Al< 35> Al2222OOOO3333 사용시사용시사용시사용시 막막막막두께두께두께두께 농농농농도 파도 파도 파도 파티클티클티클티클 리리리리프팅프팅프팅프팅 관찰관찰관찰관찰Dummy Wafer , , ,Dummy Wafer , , ,Dummy Wafer , , ,Dummy Wafer , , ,

- 57 -

(4) poly depo test(4) poly depo test(4) poly depo test(4) poly depo test

o Al2O3 를 사용하여 장기간 실험 할 때 각 실험간의 유의차는 없는Dummy Wafer ,

지를 검증

아래 그림은o Al2O3 사용으로 인한 생산 의 막두께 산포Dummy Wafer Wafer ,

농도 안정성에 문제가 없음을 보여 주고 있다Particle, .

그림그림그림그림< 36> Al< 36> Al< 36> Al< 36> Al2222OOOO3333 의의의의Dummy Wafer poly depo testDummy Wafer poly depo testDummy Wafer poly depo testDummy Wafer poly depo test

일정 수준의 누적막 두께 하에서도 영향으로 인한 오염 문제가 없다o Lifting .

- 58 -

그림그림그림그림< 37> AI< 37> AI< 37> AI< 37> AI2222OOOO3333 의 상의 상의 상의 상태태태태 관찰관찰관찰관찰Dummy Wafer depositionDummy Wafer depositionDummy Wafer depositionDummy Wafer deposition

o Al2O3 와 기존 재질의 와의 비교Dummy Wafer Dummy wafer Yield

그림그림그림그림< 38> Al< 38> Al< 38> Al< 38> Al2222OOOO3333와 기존 재와 기존 재와 기존 재와 기존 재질질질질 와의 비교 시험와의 비교 시험와의 비교 시험와의 비교 시험Dummy waferDummy waferDummy waferDummy wafer YYYYieldieldieldield

- 59 -

(5) CIF3 clean test(5) CIF3 clean test(5) CIF3 clean test(5) CIF3 clean test

를 사용한 가능 설비 을 획기적으로 개선o CIF3 In-situ Cleaning ( Down time )

그림그림그림그림< 39> Al< 39> Al< 39> Al< 39> Al2222OOOO3333의 평가의 평가의 평가의 평가CIF3 cleanCIF3 cleanCIF3 cleanCIF3 clean

그림그림그림그림< 40> Al< 40> Al< 40> Al< 40> Al2222OOOO3333의 후 평가의 후 평가의 후 평가의 후 평가CIF3 clean yieldCIF3 clean yieldCIF3 clean yieldCIF3 clean yield

전 후의 에 유의차 없음을 확인 할 수 있음o CIF3 Cleaning , Yield

- 60 -

평행도 두께편차평행도 두께편차평행도 두께편차평행도 두께편차2. ( )2. ( )2. ( )2. ( )

평행도 두계편차 는 를 목표로 하였음o ( ) 10≤ ㎛

o Al2O3의 물리적인 스펙을 정함에 있어서 그의 평행도가 중요한 요소가 된다.

웨이퍼 작업이 반송 로봇에 의해서 이루어지는데 웨이퍼 평탄이 유o Load/Unload

지되어 있지 않으면 로봇과의 충돌 및 스크래치 발생 우려가 있다.

o Al2O3 도 일반적인 스펙을 따르고 있다 평탄수준Wafer ( : 0.01 mm)

그림 더미웨이퍼의 도그림 더미웨이퍼의 도그림 더미웨이퍼의 도그림 더미웨이퍼의 도면면면면< 41>< 41>< 41>< 41>

o Al2O3는 다른 재질과 달리 가공에 의한 처짐이 발생하기 쉬운 특성을Bending,

갖고 있어서 소재에서부터 최종 가공 단계까지 좀 더 섬세한 공정이 요구된다, .

- 61 -

평행도 두께편차 를 측정하기 위하여 만능측장기o ( ) (Universal Measuring Machine,

와 를 이용하였다 만능측장기Carl Zeiss) Laser interferometer (Renishaw, ML 10) .

의 회전 에 고정한 후 개의 더미웨이퍼에 대해서 회의 측정을 실시하였다jig 3 9~12 .

만능측장기는 측정자와 피측정물을 측정방향으로부터 일직선상에 두고 측정되므로

기하학적 오차요인을 줄일 수 있는 구조로 되어있으며 주로 외경측정 내경측정 나, ,

사플러그 및 나사 링게이지의 유효경 측정 등 다용도로 측정할 수 있어 만능측장기

라 한다.

일반적으로 과거에는 표준자와 측미현미경을 부착하여 그 눈금을 일치시켜 지시o

값이 나타나도록 되어 있었으나 현재는 리니어스케일을 이용하여 광소자에 의한 검

출방식으로 높은 분해능을 얻을 수 있다 주요구성부분은 프레임 슬라이드 측정자. , ,

헤드스토크 유니버셜테이블 전자 및 컴퓨터 장치 전원공급장치 등으로 구성되어, , ,

있다.

그림 만능측장기와 주요구성부그림 만능측장기와 주요구성부그림 만능측장기와 주요구성부그림 만능측장기와 주요구성부< 42>< 42>< 42>< 42>

레이저광을 이용한 정밀측정기는 레이저광의 뛰어난 간섭성을 이용한 것이다o , .

이것은 길이의 변화를 간섭줄무늬의 명암변화로 바꾸어 광전변환하

- 62 -

여 그 수를 디지털 표시하는 것으로 의 정도로 측정할 수 있다 또 레, , 0.008 m . ,μ

이저광을 이용해서 극히 긴 거리의 측정도 행해지고 있다 이 경우 범위를, . , 1km

의 정도로 잴수 있는 것도 있다 그 밖에 레이저광의 간섭은 평면도측정이나1mm . ,

공작기계 공구의 위치결정에도 사용되고 있다.

그림그림그림그림 레레레레이저의 구성 개이저의 구성 개이저의 구성 개이저의 구성 개념념념념도도도도< 43> He,< 43> He,< 43> He,< 43> He, NNNNeeee

본 시험에서 측정에 사용한 는 레이저발o Lase Interferometer(Renishaw, LM 10)

생원으로 안정성이 우수하고 취급도 용이하며 가장 많이 사용되고 있고

를 사용하였다 정밀한 길이 측정이외에도 기계의 완벽한 캘리Helium-Neon laser .

브레이션 이 가능하므로 광범위한 기하학적 동적 기계 특성을 측정하는(Calibration) ,

용도와 공작기계의 정도검사 차원 측정기의 정도검사 의 정도 검사, 3 , X,Y-STAGE ,

각종 반도체장비 정도 검사 기타 위치정도 검사에 응용된다, .

위의 만능측장기 와o (Universal Measuring Machine, Carl Zeiss) Laser

를 이용하여 개 더미웨이퍼의 두께편차 평행도interferometer(Renishaw, ML 10) 3 ( )

를 각각 측정한 결과는 다음과 같다 측정결과 각각 의 두께. 4.1 m, 4.9 m, 6.0 mμ μ μ

편차를 보여 목표인 이내의 값을 달성하였다10 m .μ

- 63 -

표 알루미나 더미웨이퍼 두께편차 평행도표 알루미나 더미웨이퍼 두께편차 평행도표 알루미나 더미웨이퍼 두께편차 평행도표 알루미나 더미웨이퍼 두께편차 평행도< 7> ( )< 7> ( )< 7> ( )< 7> ( )

- 64 -

그림 평행도 두께편차 측정결과그림 평행도 두께편차 측정결과그림 평행도 두께편차 측정결과그림 평행도 두께편차 측정결과< 44> ( )< 44> ( )< 44> ( )< 44> ( )

그림은 각 시편의 측정점에서의 두께 측정치를 표시한 것으로 설계기준 두께인o

를 기준으로 볼 때 목표 두께편차 평행도 인 이내의 값을0.650mm ( ) 10 (0.001mm)㎛

나타내었으며 모든 측정값에서 공차를 보이는 것을 확인하였다+ .

실장시험온도실장시험온도실장시험온도실장시험온도3.3.3.3.

실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기실장시험온도 실장시험기(1) -(1) -(1) -(1) -

공정장비에서의 열충격은 를 목표로 하였음o 800≤ ℃

- 65 -

그림 반도체 공정 중 의그림 반도체 공정 중 의그림 반도체 공정 중 의그림 반도체 공정 중 의< 45> diffusion chamber boat< 45> diffusion chamber boat< 45> diffusion chamber boat< 45> diffusion chamber boat

테스트장비에서의 내열충격성을 까지 유지하는 시편도 관찰되었음o 950℃

그림 관련내용 참조< 26 >

그림 실험그림 실험그림 실험그림 실험로로로로에에에에서서서서의 내열충격성 시험의 내열충격성 시험의 내열충격성 시험의 내열충격성 시험< 46>< 46>< 46>< 46>

- 66 -

실장시험온도실장시험온도실장시험온도실장시험온도(2) -RTP(Rapid Thermal Process)(2) -RTP(Rapid Thermal Process)(2) -RTP(Rapid Thermal Process)(2) -RTP(Rapid Thermal Process)

공정에서의 열충격 성능을 평가하기 위하여 나노종합팹센터 의o Diffusion (NNFC)

장비 를 사용하였다 급격RTP(Rapid Thermal Process) (RTA200H-SPI, NYMTECH) .

한 온도변화를 위해 초당 도 승온 하강 시켰을 때 견딜 수 있는 온도를30 , , Max.

테스트 하였다.

(A)(A)(A)(A)

(B)(B)(B)(B)

그림 테스그림 테스그림 테스그림 테스트트트트 중 더미웨이퍼 적재 사진 장비모중 더미웨이퍼 적재 사진 장비모중 더미웨이퍼 적재 사진 장비모중 더미웨이퍼 적재 사진 장비모니터링니터링니터링니터링 화화화화면면면면< 47> RTP< 47> RTP< 47> RTP< 47> RTP

- 67 -

실장 테스트는 의 범위에서 실시하였다 부터o RTP 600 ~1050 . 600 1000℃ ℃ ℃ ℃

까지 더미웨이퍼는 열충격에 파괴되지 않았으나 에서 파괴되었다 따라서 다1050 .℃

공구조 인치 더미웨이퍼는 목표 실장시험온도인 를 상회하는 물성을8 800 200℃ ℃

가짐을 확인하였다.

그림 실장 테스그림 실장 테스그림 실장 테스그림 실장 테스트트트트 정상정상정상정상 없음없음없음없음< 48> RTP : 600 - Wafer (Broken )< 48> RTP : 600 - Wafer (Broken )< 48> RTP : 600 - Wafer (Broken )< 48> RTP : 600 - Wafer (Broken )℃℃℃℃

그림 실장 테스그림 실장 테스그림 실장 테스그림 실장 테스트트트트< 49> RTP : 1050 - Wafer Broken< 49> RTP : 1050 - Wafer Broken< 49> RTP : 1050 - Wafer Broken< 49> RTP : 1050 - Wafer Broken℃℃℃℃

- 68 -

기공률기공률기공률기공률4.4.4.4.

기공률은 으로 기공전구체 첨가량 제어에 의해 확보가능o 5%≥

그림 더미웨이퍼의 기공성상관찰 기공은 원형의그림 더미웨이퍼의 기공성상관찰 기공은 원형의그림 더미웨이퍼의 기공성상관찰 기공은 원형의그림 더미웨이퍼의 기공성상관찰 기공은 원형의 독독독독립기공립기공립기공립기공으로으로으로으로 존재존재존재존재< 50> .< 50> .< 50> .< 50> .

다공질 재료에 포함된 기공들은 각각의 형태에 따라 다른 역할들을 수행한다 그o .

림 은 일반적인 다공질 재료에 존재하는 기공의 종류를 나타내었다51 .

그림 일반적인 다공그림 일반적인 다공그림 일반적인 다공그림 일반적인 다공질질질질재재재재료료료료에 존재하는 기공의 종에 존재하는 기공의 종에 존재하는 기공의 종에 존재하는 기공의 종류류류류< 51>< 51>< 51>< 51>

- 69 -

다공질 재료내의 기공은 크게 개기공과 폐기공으로 나눌 수 있으며 특히 개기공o ,

의 경우 와 로 도 불 리 는penetrating pore ink-bottle pore non-penetrating pore

로 구분된다.

개기공은 촉매저장 비표면적의 확대 등의 역할을 수행하며 특히o , penetrating

의 경우는 기능을 수행한다 반면에 폐기공은 재료의 경량pore filtration-separation .

화 및 단열특성의 제고 등에 기여를 한다.

가가가가 액액액액중중중중칭칭칭칭량법에 의한 측정량법에 의한 측정량법에 의한 측정량법에 의한 측정( )( )( )( )

액중칭량법 의 원리를 이용하여 소결 시편의 체적 밀도o Archimedes ( ) (bulk

겉보기 밀도 및 기공률 등을 측정하였density), (apparent density) (open porosity)

다 밀도는 단위용적이 어떤 종류인가에 따라 여러 가지로 나뉘는데

가 없다는 가정하여서 산출된 밀도이며Absolute density closed pores True,①

라 부르기도 한다Real Density .

기하학적인 부피를 질량으로 나눈 것으로서 이 부피에는Bulk Density Cracks,②

를 모두 포함한 부피로서 산출된다Fissures, Holes .

를 포함한 밀도로 이라 부르기도 한Apparent Density : Closed pore skeletal③

다.

액중칭량법으로 측정한 겉보기비중은 부피비중은 이었으며 겉보기o 3.755, 3.740 ,

기공률은 정도를 나타내었다 겉보기기공률은 그림 에서 개기공0.4% . 51 (open

만의 기공률을 의미한다 부피비중과 이론밀도 의 비인 상대밀pore) . (3.9878g/cm3)

도를 구하고 이를 이용하여 기공률을 구하였다.

기공률은 평균 최소 최대 를 나타내어 목표치인 를 상o 6.22% 5.85%, 6.48% 5%

회하는 값을 나타내었음 확인하였다.

- 70 -

표표표표 액액액액중중중중칭칭칭칭량법에 의한 더미웨이퍼의 비중 상대밀도 및 기공률량법에 의한 더미웨이퍼의 비중 상대밀도 및 기공률량법에 의한 더미웨이퍼의 비중 상대밀도 및 기공률량법에 의한 더미웨이퍼의 비중 상대밀도 및 기공률< 8> ,< 8> ,< 8> ,< 8> ,

나 수은압입측정기나 수은압입측정기나 수은압입측정기나 수은압입측정기( )( )( )( )

수은압입측정기 는 기공 크기 분포를 가지고 있는 고체 입자 내o (Hg porosimeter)

부의 기공 크기 및 표면적을 고압하에서 수은을 이용하여 측정하여 기공율을 얻을

수 있는 기기이다 압입되는 수은의 부피와 무게정보를 이용하여 부피비중과 겉보.

기비중의 결과도 얻을 수 있다.

수은압입법에 의한 겉보기비중은 부피비중은 로 액중칭o 3.773 g/mL, 3.745 g/mL

량법으로 측정한 겉보기비중 부피비중 과 일정정도 차이를 나타내었3.755, 3.740

다 이러한 차이는 측정법이나 시편의 차이에 따른 것으로 사료된다. .

- 71 -

표 수은압입측정기에 의한 더미웨이퍼의 기공분석표 수은압입측정기에 의한 더미웨이퍼의 기공분석표 수은압입측정기에 의한 더미웨이퍼의 기공분석표 수은압입측정기에 의한 더미웨이퍼의 기공분석< 9>< 9>< 9>< 9>

Intrusion Data Summary

Total Intrusion Volume 0.00205 mL/g

Total Pore Area 0.000 m2/g

Median Pore Diameter (Volume) 80.8196 mμ

Median Pore Diameter (Area) 13.8926 mμ

Average Pore Diameter (4V/A) 37.8592 g/mL

Bulk Density at 0.51psia 3.7451 g/mL

Apparent(skeletal) Density 3.7733 g/mL

Porosity 0.7475 %

Stem Volume Used 2 %

그림그림그림그림< 52>< 52>< 52>< 52> LLLLog Differential Intrusion vs Pore siog Differential Intrusion vs Pore siog Differential Intrusion vs Pore siog Differential Intrusion vs Pore sizzzzeeee

- 72 -

그림 는 수은압입측정기에 의한 분석에서 얻은 기공분포 데이터이다 더미웨이o 52 .

퍼의 기공률이 이내이기 때문에 내부에 있는 기공들은 모두 닫혀있는 기공6%

들이며 표면에만 열린기공 이 존재한다 수은압입측정을(closed pore) (open pore) .

통해 얻은 기공률과 기공분포 데이터는 최외각표면에 존재하는 에 대한open pore

정보들에 국한된다 그러나 이러한 데이터들로부터 얻을 수 있는 유용한 정보는 인.

위적으로 도입된 기공전구체에 기인하는 기공분포이다 측정된. Median pore

는 각각 기준을 를 잡았을 때diameter Volume, Area, 4V/A , 80.82, 13.89, 37.86㎛

로 나타났다.

다 가스식 비중측정기다 가스식 비중측정기다 가스식 비중측정기다 가스식 비중측정기( )( )( )( )

겉보기 비중을 측정하기 위하여 가스식비중측정기o (Micromeritics, AccuPycTM

를 이용하였다 가스식비중측정기에서는 이상기체 상태방정식 을1330) . (PV=nRT )

이용해서 미리 구해진 샘플셀 의 부피와 샘플의 부피차이로 샘플의 부(Sample cell)

피를 구한다.

nc 샘플셀 안에서 가스의 몰수 기체상수= , R = , Ta 주위온도=

위 식을 기본으로 하여 헬륨가스를 주입할 때의 부피와 압력변화를 변수로 하여o

최종적인 샘플의 부피를 측정하여 밀도값을 산출한다.

그림그림그림그림< 53> Simplified Block Diagram of He pycnometer< 53> Simplified Block Diagram of He pycnometer< 53> Simplified Block Diagram of He pycnometer< 53> Simplified Block Diagram of He pycnometer

- 73 -

이때 로 사용될 수 있는 기체는 헬륨뿐만 아니라 질소 아르곤 심지어o Probe Gas ,

는 까지 한 것은 어느 것이라도 가능하며 질소의 경우 헬륨Dried Air Non-Corrosive

보다 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있고 의 가격도 저렴해서, , Pressure Regulator

질소를 선호하며 본 실험에서도 질소를 사용하기도 한다 그러나 실제 분석시 다음.

과 같은 이유로 헬륨이 최적의 로 사용된다Probe Gas .

헬륨가스는 다른 기체들보다 이상적인 기체로서 좋은 특성을 갖고 있으며 주어①

진 온도에서 일정한 압력과 용적의 비를 갖고 있다.

헬륨 원자들은 비교적 작고 활발한 원자운동을 하므로 시료의 열린 기공 내에,②

매우 빠르게 침투하여 를 없애준다Void Pore .

열전도도가 높다 질소의 약 배 그러므로 매우 빠르게 열적 압력 평형에 도달( 5 ). ,③

한다.

단원자 분자로 자기 모멘트나 모멘트가 없어 질소와는 달리 시료의Quadrupole④

표면과 거의 반응하지 않는다.

가스식 밀도측정기로 측정한 결과는 다음과 같다 회측정 평균값은 이다o . 5 3.736 .

표 가스식밀도측정기 를 이용한 비중 측정결과표 가스식밀도측정기 를 이용한 비중 측정결과표 가스식밀도측정기 를 이용한 비중 측정결과표 가스식밀도측정기 를 이용한 비중 측정결과< 10> (He pycnometer)< 10> (He pycnometer)< 10> (He pycnometer)< 10> (He pycnometer)

구 분 비 중

회1 3.75340

회2 3.73985

회3 3.73546

회4 3.73614

회5 3.73719

Average 3.73626

Standard Deviation 0.00067

- 74 -

액중칭량법과 수은압입법에 의해 얻어진 겉보기 비중보다 작은 값을 나타내었다o .

기공률은 부피비중과 이론밀도의 비로 표시되는 상대밀도 로부터 계산되고(Db/Dt)

부피비중이 겉보기비중보다 더 작으므로 가스식비중 측정결과로부터 추론되는 부피

비중은 이하 상대밀도는 이하이다 따라서 기공률은 이상의 값3.736 , 93.39% . 6.31%

으로 추론된다.

위와 같이 액중칭량법 수은압입법 가스식비중측정기의 다양한 방법으로 각 비o , ,

중을 측정하고 이를 바탕으로 계산된 기공률은 모두 이상의 값을 나타내었다6% .

이 값은 목표로 삼은 기공률 을 상회하는 값이다5% .≥

표 측정법에 따른 비중 상대밀도 및 기공률표 측정법에 따른 비중 상대밀도 및 기공률표 측정법에 따른 비중 상대밀도 및 기공률표 측정법에 따른 비중 상대밀도 및 기공률< 11> ,< 11> ,< 11> ,< 11> ,

- 75 -

제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험제 절 신뢰성 수명실험3333

온도온도온도온도싸싸싸싸이이이이클클클클시험시험시험시험1.1.1.1.

최적화된 더미웨이퍼의 급격한 온도변화에 따른 물성변화를 관찰하기 위하여 온o

도싸이클시험을 실시하였음

수명시험의 경우 사업목표인 싸이클을 수행함o 1500

싸이클을 만족하는 경우o B10 수명 년을 보증할 수 있다1 .

시험결과 성능 품질시험에서 모두 합격하였으며 수명시험에서도 모두 합격하여o ,

수명 싸이클 보증할 수 있음1500

온도온도온도온도싸싸싸싸이이이이클클클클시험 조건 확립시험 조건 확립시험 조건 확립시험 조건 확립2.2.2.2.

고온고온고온고온유지유지유지유지시간 최적화시간 최적화시간 최적화시간 최적화(1)(1)(1)(1)

분분분분유지유지유지유지(a) 450 , 5(a) 450 , 5(a) 450 , 5(a) 450 , 5℃℃℃℃ 분분분분유지유지유지유지(b) 450 , 10(b) 450 , 10(b) 450 , 10(b) 450 , 10℃℃℃℃

- 76 -

분분분분유지유지유지유지(c) 450 , 15(c) 450 , 15(c) 450 , 15(c) 450 , 15℃℃℃℃ 분분분분유지유지유지유지(d) 450 , 20(d) 450 , 20(d) 450 , 20(d) 450 , 20℃℃℃℃

그림 고온 유지시간 분 에 따른 하강 후 열분포 관찰 결과 상< 54> (450 ) (5~20 ) .℃

하의 온도차가 확인되고 시간이 짧을수록 상층부 더미웨이퍼에서 더 낮은 온도를

보임.

도에서 가해진 열이 보트와 더미웨이퍼를 충분히 목표한 온도에 다다를 수o 450

있도록 충분히 전달되었는지를 확인하고 최소유지시간을 최적화하기 위하여 5,

유지 후 열화상 분석을 실시하였음~30min

그림 고온그림 고온그림 고온그림 고온 유지유지유지유지시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보트트트트위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화< 55> (450 ) wafer< 55> (450 ) wafer< 55> (450 ) wafer< 55> (450 ) wafer℃℃℃℃

- 77 -

까지는 유지 후 엘리베이터를 내리면 보트 상층부와 하층부의 온도차o 5~20min

가 매우 크고 상층부의 더미웨이퍼는 아직 충분한 열이 가해지지 못한 상태이므로

상중하 층부위 간의 온도차가 작아지는 분을 도 고온부의 유지시간을 최적화25 450

하였음

유지 후 열분석 측정 열이 불균일하게 분포하고 상층부가 충o 5, 10, 15, 20min

분히 가열되지 못한 것은 아래면 내화재가 충분히 열평형에 다다르지 못하였기 때

문인 것으로 보임.

분 이후에는 전체적으로 고른 온도분포를 보임o 25

분분분분유지유지유지유지(a) 450 , 25(a) 450 , 25(a) 450 , 25(a) 450 , 25℃℃℃℃ 분분분분유지유지유지유지(b) 450 , 30(b) 450 , 30(b) 450 , 30(b) 450 , 30℃℃℃℃

그림 고온 유지시간 분 분 에 따른 하강 후 열분포 관찰 결과< 56> (450 ) (25 , 30 ) .℃

상하의 온도가 상대적으로 균일한 것으로 확인됨

- 78 -

상온상온상온상온 유지유지유지유지시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보트트트트위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화(2) wafer(2) wafer(2) wafer(2) wafer

그림 하강 후그림 하강 후그림 하강 후그림 하강 후 유지유지유지유지시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보시간에 따른 보트트트트위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화위치별 온도변화< 57> wafer< 57> wafer< 57> wafer< 57> wafer

상온으로 하강된 후 최소유지시간을 최적화하기 위하여 유지 후 열화o 5~30min

상 분석을 실시한 결과임

시간이 지날수록 상중하 층부위 간의 온도차가 벌어지게 되며 상층부가 가장 빠o

른 속도의 냉각이 관찰됨 이는 상층부가 아래면 내화재 열의 영향을 가장 멀리에.

서 받고 상온 대류공기에 노출되기 때문임

열충격에 의해 시편이 파괴되는 시간이 하강 후 분 이내로 관찰되었고 냉각곡o 10

선의 기울기 변화를 고려하여 분을 하강 후 유지시간으로 최적화하였음15

온도온도온도온도싸싸싸싸이이이이클클클클에 의한 수명시험에 의한 수명시험에 의한 수명시험에 의한 수명시험3.3.3.3.

생산공정에서 내에서 와 더미웨이퍼의 상온하강 주기가o diffusion chamber boat

일 회 정도 반복하는 공정이고 이를 열충격 조건만 반복하는 것으로 보고 사용시1 4

간 가속 온도싸이클시험을 실시함

- 79 -

공정시 사용 최고온도가 이므로 에서 수명 시험 실시하였으며o 400 450 , 100℃ ℃

회 회 사용후 세정 및 에서 을 실시하므로 온도 싸이클 시~120 650 baking 450℃ ℃

험을 회 실시한 후 에서 열충격 시험 실시함120 700℃

실제 적용공정의 스케줄을 고려할 때 하루 번 동작시 년 총동작회수 목표o 4 1 ( B10

수명 는 에 해당하고 신뢰 수준은 시료의 개수는 개로 설) 1500cycle 60%( =0.4), 21β

정하였을 때 열충격 시험 조건은 지수분포를 전제하였을 때 다음과 같음

시험법 수립파정을 통해 최적화된 상승 분 유지 하강 분 유지의 조건으o 25 15→ → →

로 하루 회 반복으로 총 일 시험하면 회가 완료됨 실제시험은 총 회35 17.5 630 . 663

를 실시하였고 이는 일에 해당함18.4

총 회 일의 온도싸이클 시험과 시험실시 중 싸이클 마다 실시한 열o 663 , 18.4 100

충격시험에서 개의 더미웨이퍼가 파괴되지 않고 형상 및 특성을 유지함을 확인하21

였음

그림 온도그림 온도그림 온도그림 온도싸싸싸싸이이이이클클클클 시험시험시험시험 완료완료완료완료 후 더미웨이퍼가 실장후 더미웨이퍼가 실장후 더미웨이퍼가 실장후 더미웨이퍼가 실장되어 있되어 있되어 있되어 있는 보는 보는 보는 보트트트트의 사진의 사진의 사진의 사진< 58>< 58>< 58>< 58>

- 80 -

제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론제 장 요약 및 결론4444

내식성이 우수하나 낮은 열충격으로 일부 공정에만 적용하던 알루미나 소재의 신o

뢰성확보를 통한 적용 기술 개척 및 확대가 이루어지도록 하였음

제어인자에 대해서는 다음과 같은 결과를 얻었음o

일정량 이상으로 존재할 경우 열충격 저항성이 감소함- (5%)

균열은 더미웨이퍼의 열충격에 매우 큰 영향을 미침-

기포응집에 의해 내열충격 온도가 약간 낮아짐-

두께가 가장 얇은 에서 내열특성이 가장 좋았음 두께가 다른 인자들에 비- 0.65T

해 가장 큰 영향을 줌.

레이저 마킹 부분이 파괴원으로 작용하지는 않은 것으로 보임-

어닐링을 통하여서도 열충격 저항성이 증가함-

목표한 일반성능항목들에 대해서는 다음과 같은 결과를 얻었음o

- Metal Contamination : Al2O3 더미웨이퍼 사용시 총 금속분순물은 1.58E10

Atoms/cm2로 목표인 <2.0E10 Atoms/cm

2를 달성하였음 이러한 결과는 다공구조.

알루미나 더미웨이퍼가 실제 생산 에Wafer (Product Wafer) Metal Contamination

의 오염원으로써 전혀 작용하고 있지 않는 것을 확인하였다

평행도 두께편차 만능측장기와 를 이용하여 더미웨이퍼의- ( ) : Laser interferometer

두께편차 평행도 를 각각 측정한 결과는 각각 설계기준 두께인 를 기준으( ) 0.650mm

로 볼 때 의 두께편차를 보여 목표인 이내의 값을 달성하였음+4.1 m~6.0 m 10 mμ μ μ

실장시험온도 실장시험기에서의 실장시험온도는 를 상회하였으며 특히- : 800℃

에서의 실장시험온도는 로 다공구목표 실장시RTP(Rapid Thermal Process) 1000℃

험온도를 상회하였음200℃

- 81 -

기공률 액중칭량법 수은압입법 가스식비중측정기의 다양한 방법으로 측정 계- : , , ㆍ

산된 기공률은 모두 이상의 값을 나타내어 목표로 삼은 기공률 를 달성하6% 5%≥

였음

온도싸이클시험 및 열충격시험 조건 설정o

공정시 사용 최고온도가 이므로 에서 수명 시험 실시하였으며- 400 450 , 100℃ ℃

회 회 사용후 세정 및 에서 을 실시하므로 온도싸이클 시험~120 650 baking 450℃ ℃

을 회 실시한 후 에서 열충격 시험 실시함120 700℃

시험법 수립과정을 통해 최적화된 스케쥴은 상승 분 유지 하강 분 유지- 25 15→ → →

조건

실제 적용공정의 스케줄을 고려할 때 하루 번 동작시 년 총동작회수 목표o 4 1 ( B10

수명 는 에 해당하고 신뢰 수준은 시료의 개수는 개로 설) 1500cycle 60%( =0.4), 21β

정하였을 때 열충격 시험 조건은 지수분포를 전제하였을 때 회 하루 회 반복630 ( 36

으로 총 일 에 해당함17.5 )

실제시험은 총 회를 실시하였고 이는 일에 해당함 또한 공정을- 663 18.4 . baking

고려하여 싸이클 마다 실시한 열충격시험도 실시하였음120

총 회의 온도싸이클 시험과 회의 열충격 시험에서 개의 더미웨이퍼가 파- 663 5 21

괴되지 않고 형상 및 특성을 유지함을 확인하였음

신뢰성향상지원 결과의 다음과 같은 사항을 기대할 수 있음o

국내 수입대체 및 신규 시장 창출-

내수 및 수출 시장 확대를 위한 자료로 활용- Marketing

품질 비용 절감을 통한 원가 절감으로 가격 경쟁력 확보-

품질안정을 기반으로 한 생산성 향상-