반도체 제조의 핵심 공정인 웨이퍼 스캐닝에서 장비의 정확도는 칩의 품질을 좌우합니다. 특히 장비의 중요한 구성 요소인 화강암 재질의 기계 베이스의 열팽창 문제는 많은 관심을 받고 있습니다.
화강암의 열팽창 계수는 일반적으로 4~8×10⁻⁶/℃ 사이로, 금속이나 대리석보다 훨씬 낮습니다. 이는 온도가 변하더라도 크기 변화가 상대적으로 적다는 것을 의미합니다. 그러나 열팽창이 낮다고 해서 열팽창이 전혀 없는 것은 아닙니다. 극심한 온도 변화 시에는 아주 미미한 팽창조차도 웨이퍼 스캐닝의 나노 스케일 정밀도에 영향을 미칠 수 있습니다.
웨이퍼 스캐닝 공정 중에는 여러 가지 이유로 열팽창이 발생합니다. 작업장의 온도 변화, 장비 부품 작동 시 발생하는 열, 레이저 가공 시 순간적으로 발생하는 고온 등이 모두 화강암 베이스의 "온도 변화에 따른 팽창 및 수축"을 유발합니다. 베이스가 열팽창하면 가이드 레일의 직진도와 플랫폼의 평탄도가 떨어져 웨이퍼 테이블의 이동 궤적이 부정확해질 수 있습니다. 또한, 지지하는 광학 부품이 변형되어 스캐닝 빔이 "편차"될 수 있습니다. 장시간 연속 작업이 진행될수록 이러한 오차가 누적되어 정확도가 점점 떨어집니다.
하지만 걱정하지 마세요. 이미 해결책이 마련되어 있습니다. 재료 측면에서는 열팽창 계수가 낮은 화강암을 선택하여 시효 처리를 할 것입니다. 온도 제어 측면에서는 작업장 온도를 23±0.5℃ 이하로 정밀하게 제어하고, 기초 부분에는 능동형 열 방출 장치를 설계할 것입니다. 구조 설계 측면에서는 대칭 구조와 유연한 지지대를 채택하고, 온도 센서를 통해 실시간으로 모니터링합니다. 열 변형으로 인한 오차는 알고리즘을 통해 동적으로 보정합니다.
ASML 리소그래피 장비와 같은 고급 장비는 이러한 방법을 통해 화강암 기판의 열팽창 효과를 극히 작은 범위 내로 유지하여 웨이퍼 스캐닝 정확도를 나노미터 수준까지 끌어올릴 수 있습니다. 따라서 적절하게 제어만 한다면 화강암 기판은 웨이퍼 스캐닝 장비에 있어 여전히 신뢰할 수 있는 선택입니다.
게시 시간: 2025년 6월 12일