반도체 공정에 맞는 용융석영 등급 선택 방법
용융석영은 순도, OH 함량, 비용 특성이 크게 다른 여러 등급으로 나뉩니다. 잘못된 등급을 선택하면 불필요한 원가 증가, 오염 문제, 조기 수명 저하로 이어질 수 있습니다. 이 글에서는 대표 등급들의 차이와 적용 기준을 정리합니다.
세 가지 주요 등급
Grade 1 - 천연 용융석영
천연 용융석영은 고순도 천연 수정 결정을 전기로에서 용융해 생산합니다.
주요 특성:
- SiO2 순도: 99.99% 이상
- 총 금속 불순물: 20 ppm 미만
- OH 함량: 30 ppm 미만(드라이 그레이드)
- UV 투과 범위: 200 nm - 3.5 um
- 비용: 기준 수준
적합한 용도: 1150°C 이하에서 운전되고 ppm 수준 금속 오염이 허용되는 열산화 및 확산용 튜브, 웨이퍼 보트, 푸시로드, 플랜지, 배플.
Grade 2 - 합성 용융실리카
합성 용융실리카는 초고순도 규소 화합물(SiCl4 또는 TEOS)을 기상 가수분해 또는 산화하여 생산하며, 천연 광물과 접촉하지 않습니다.
주요 특성:
- SiO2 순도: 99.9999% 이상
- 총 금속 불순물: 50 ppb 미만(Grade 1보다 약 1000배 청정)
- OH 함량: 800-1200 ppm(습식 등급) 또는 1 ppm 미만(건식 등급)
- UV 투과 범위: 150 nm - 3.5 um
- 비용: Grade 1의 3-5배
적합한 용도: CVD 반응관, LPCVD 공정관, ppb 수준 금속 오염도 허용되지 않는 부품. 특히 300 mm 웨이퍼 라인과 고급 게이트 산화 공정에 적합합니다.
Grade 3 - 불투명(유백색) 용융석영
불투명 석영은 상대적으로 순도가 낮은 천연 석영을 제어된 기공 구조로 가공해 광 산란 및 적외선 반사 특성을 갖도록 만든 재료입니다.
주요 특성:
- SiO2 순도: 99.9% 이상
- 외관: 반투명 유백색
- 적외선 반사율: 90% 이상
- 최대 사용 온도: 1100°C
- 비용: Grade 1보다 낮음
적합한 용도: 열 차폐판, 외관 튜브, 보트 홀더, 투명성이 필요 없고 적외선 반사로 열손실을 줄여야 하는 단열 부품.
선택 매트릭스
| 요구 사항 | Grade 1 | Grade 2 | Grade 3 |
|---|---|---|---|
| 온도 1150°C 미만 | ✓ | ✓ | ✓ |
| 온도 1150-1200°C | — | ✓ | — |
| 금속 오염 1 ppm 미만 | ✓ | ✓ | — |
| 금속 오염 1 ppb 미만 | — | ✓ | — |
| UV 투과 필요(200 nm 이하) | — | ✓ | — |
| 적외선 반사 필요 | — | — | ✓ |
| DI water / HF / 산 환경 | ✓ | ✓ | ✓ |
| 광학 용도 | — | ✓ | — |
| 비용 민감 | ✓ | — | ✓ |
자주 발생하는 실수
1. Grade 2가 필요한 공정에 Grade 1을 적용하는 경우
게이트 산화막 성장, 초박막 증착, 또는 ppb 수준의 Na, Fe 오염도 수율에 영향을 주는 공정에서는 Grade 1의 금속 함량으로는 부족합니다. Grade 2의 추가 비용은 오염으로 인한 수율 손실과 비교하면 작습니다.
2. 안전하게 가기 위해 모든 부위에 Grade 2를 지정하는 경우
Grade 2는 단지 금속 불순물이 더 낮을 뿐, 모든 면에서 더 좋은 재료는 아닙니다. 플랜지, 푸시로드, 배플, 열 차폐판 같은 기계 부품에서는 추가 비용 대비 이점이 거의 없습니다. 용도에 따라 Grade 1 또는 Grade 3이 더 합리적입니다.
3. OH 함량을 무시하는 경우
고OH 합성 실리카는 근적외선 투과에는 유리하지만, 2.7 um 부근에서는 흡수대가 나타납니다. 중적외선 분광이나 2.7 um 부근 파이로메트리 용도라면 저OH 건식 등급 또는 사파이어를 선택해야 합니다.
요약
- Grade 1: 반도체 퍼니스 부품의 기본 재료. ppb급 순도가 필요 없는 대부분의 용도에 적합합니다.
- Grade 2: 고급 CVD 공정, 게이트 산화용 튜브, 300 mm 생산라인 핵심 부품에 필수입니다.
- Grade 3: 투명성이 필요 없는 열관리 용도에 적합합니다.
선정이 애매한 경우 공정 조건을 보내주시면 당사 엔지니어가 적합한 등급을 검토해 드립니다. 일반적으로 영업일 기준 1일 내에 회신합니다.