반도체용 오링/씰 Semi-conductor Seals/O-Rings

반도체-플라즈마 공정 (plazma process)

진공 환경에서 작동하는 플라즈마 공정 중에 발생하는 플라즈마 가스는 이온, 전자(electrons), 극성(radicals) 또는 비극성 파티클 등으로 구성됩니다. 이러한 물질들은 에칭(etching), 증착(deposition), 애슁/스트라이핑(ashing/striping) 공정에 이용하기 위해 세심한 콘트롤을 요합니다. 플라즈마 공정에 주로 사용되는 산소, 불소, 플라즈마 가스 등은 화학적으로 매우 공격적인 것들입니다. 씰은 고온 환경을 이겨내야 하며 극미한 수준 이내의 이웃개싱을 요합니다. 플라즈마 광원에 가까울수록 또는 웨이퍼에 가까울수록 다량의 이온으로 인해 씰의 폴리머 백본이 쉽게 침식당할 수 밖에 없으나 이 때 씰이 오염의 원인이 되지 않도록 재질 선정을 요합니다. 기타 극성물질(radicals)도 이온에 비해 늦은 속도이지만 폴리머 표면을 침식할 수 있습니다. 플라즈마 광원에서 떨어진 곳이나 웨이퍼 아래 쪽에 설치된 씰은 이온에 직접 노출되지는 않으나 높은 수준의 청결성이 요구됩니다. 챔버리드, 윈도우, 플랜지, 배기밸브, 웨이퍼 이동 쿠션 등의 적용 부위에 따라 다른 환경이므로 각기 적합한 재질의 선정이 요합니다.

도어 씰(door sealing)

그루부 장착형과 영구부착형으로 구분되며 그루부 장착형은 탈부착이 가능합니다. 도어 씰은 도브테일 그루브를 적용합니다. 그루부 형에서는 도어 개폐 시 이동이나 롤링 등에 의해 고착되면 도어 오픈 시 오링의 뜯김이 유발되기도 합니다. 영구부착형은 그루브 장착형의 단점을 없앨 수 있으나 오링의 수명이 다하거나 손상 시 도어 자체를 교환해야 하는 단점이 있습니다.

챔버리드(chanberlid)

챔버리드에 적용되는 씰은 큰 단면을 사용하므로 고착의 발생 빈도가 높습니다, 플라즈마 공정에 주로 사용되는 퍼플러 오링은 다른 재질에 비해 고착이 잘되나 온도가 오르면 이 현상은 줄어들므로 챔버 개폐 시 전에 필요하면 장비의 온도를 50도 정도로 올려 줄 필요가 있습니다.

배기 밸브(exhaust valve)

챔버 하단에 설치되는 배기 밸브는 플라즈마 환경에 직접 노출되지 않으며 파티클에 덜 민감합니다. 다만 배기 가스 물질의 적층을 최소화하기 위해 필요한 고온 성능을 요합니다.

웨이퍼 이송(wafer transfer)

로보트 암의 빠른 이송과 세팅 시 웨이퍼가 미끌어지지 않도록 충분한 마찰력을 발휘하면서도 고착의 예방을 요합니다. 또한 공정 중의 웨이퍼의 온도가 높은 수준을 가지게 되므로 반복적인 고온 접촉으로 인하여 마찰성능과 고착저항능력을 상실하지 않는 수준의 충분한 내열 성능을 요합니다.

반도체-열 공정(thermal Process)

SACVD, Metal CVD, Low Pressure CVD, Rapid Thermal Processing(RTP), Oxidation, Diffusion furnace 등의 열 공정은 고열 환경이 특징입니다. 고열에 의한 영구압축률 저항성이 좋은 카본 블랙 필러가 첨가되거나 아웃개싱을 최소화하는 퍼플러 그레이드가 사용됩니다. 고온 시의 열팽창을 고려하여 그루브의 설계도 주의하여야 합니다.

쿼츠 챔버 & 플래넘 씰(quarts chamber & planum sealing)

직접적인 고열의 노출이 없도록 차폐(shielding)를 요하며 발열 램프로부터의 열 흡수를 감소하기 위해 비흑색(non-black)의 고무 재질을 사용합니다.

반도체-웻 프로세스(wet process)

클리닝, 접착증진, 포토리지스트 디포지션 및 에칭 등의 웻프로세싱에서는 강산이나 유기염 등의 물질에 노출됩니다. 특히 아민류는 탄성체에 대한 열화능이 강하므로 카본블랙 등의 필러가 첨가된 퍼플러를 유용할 수 있으나 파티클 등에 민감한 시스템의 경우에는 피해야 합니다.

케미컬 컨테이너(chemical container)

장기간의 용기 내 물질의 밀봉에 필요한 내화학성, 특히 부풀음이나 영구압축 등을 최소화 하는데 유의해야 합니다.

플랜지 피팅(flange fitting)

도브테일 그루브를 사용하는 이유는 플랜지의 장탈착 시 오링의 이탈을 방지하는 것이 주된 이유이므로 가공비 등의 상승을 고려하여 제한적으로 사용이 권장됩니다. 특히 하드웨어 구조 상 편차가 크거나, ?은 사용 온도 범위, 부플음이 커지는 매체 등에서의 사용은 제한됩니다. 평면형상(flat type)의 가스켓은 상대적으로 넓은 면적으로 인해 씰 표면의 결함을 메꾸기 위해서 접촉력(contact force)이 과다하게 요하므로 피하는 것이 좋습니다.

계기류 씰링

온도, 압력 유량계 등의 계기류 용 씰링에서도 다양한 종류의 극성 산. 염 등에 장기간에 걸친 안정적인 성능의 유지에 초점을 맞추어 설계 되어야 합니다.

반도체-요약

최소한의 아웃개싱을 보이는 재질을 선정해야 합니다.
고온에서의 영구 압축률이 적은 재질을 사용합니다.
공격적인 화학적 환경에서 극미한 수준 이하의 파티클을 생성하는 재질을 사용합니다.
가스 통과율이 적은 재질을 사용합니다. 단, 일반적으로 퍼플러 재질은 바이톤 등의 일반 불소고무 재질 대비 통과성이 높으나 기타 성능 면에서 월등한 성능을 보이므로 적극 권장됩니다.
열팽창율 또한 퍼플러 재질이 높으므로 고열 환경에서 특히 그루브 폭 등의 설계 시 주의를 요합니다.