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반도체 공부하기 3번째!!
이번에는 식각공정에 대해 알아보았습니다.
식각공정에 필요한 소재 및 부품 그리고 장비까지…
저도 막 공부하는 단계이니 잘못된 내용이 있으면
댓글로 부탁드립니다~~
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[반도체 8대 공정] 5탄, 반도체 회로패턴의 완성 ‘식각 공정’
식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)으로 나뉩니다. 건식 식각(Dry Etching)은 반응성 기체, 이온 등을 이용해 …
Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 1/9/2022
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[반도체 특강] 식각(Etching), 패턴을 완성하다-上
두 공정을 거친 뒤, 웨이퍼에 새겨진 패턴대로 조각을 하는 공정이 바로 식각(Etching)이지요. 포토(Photo)공정은 밑그림을 그리는 단계이므로, 웨이퍼에 …
Source: news.skhynix.co.kr
Date Published: 5/30/2021
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[반도체 공정] 반도체? 이 정도는 알고 가야지: (4)에칭 (Etching …
[반도체 공정] 반도체? 이 정도는 알고 가야지: (4)에칭 (Etching) 공정 · 1. 식각(Etching)공정이란? · 2. 건식(Dry) 식각방법과 플라즈마(Plasma) · 3.Source: www.skcareersjournal.com
Date Published: 1/27/2022
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[반도체 공정] 4. 식각공정(Etching) – 생각하는 공대생
식각공정(Etching Process)이란 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정이다. 이는 곧 반도체 회로패턴을 만든다는 의미도 된다.
Source: allgo77.tistory.com
Date Published: 8/1/2021
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반도체 회로의 길을 만들다! – 식각 공정 – 네이버 블로그
액체를 사용하는 ‘습식 식각’과 기체나 플라즈마를 이용하는 ‘건식 식각’이 있는데요. 습식 식각은 특수한 화학용액인 식각액을 이용하여 화학반응을 통해 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 6/17/2022
View: 3241
[영상] 반도체 식각 장비 공정 기술의 세계 램과 텔에 대항하는 …
한: 오늘 고려대학교 전기전자공학부 유현용 교수님 모시고 반도체 식각 공정에 대해서 전반적으로 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
Source: www.thelec.kr
Date Published: 7/4/2021
View: 3957
반도체 식각 공정 관련 국내 기업 – 세상 쉬운 주식
식각공정은 노광 공정을 통해 웨이퍼에 각인된 회로 패턴 중에 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분을 깎아 내는 공정입니다.
Source: seshiju.tistory.com
Date Published: 7/26/2021
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주제와 관련된 이미지 반도체 식각 공정
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주제에 대한 기사 평가 반도체 식각 공정
- Author: 디벨럽_DEVELOP
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- Date Published: 2020. 6. 17.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=O4flMBT9B0g
[반도체 8대 공정] 5탄, 반도체 회로패턴의 완성 ‘식각 공정’ – 삼성반도체이야기
지난 시간에는 준비된 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 포토공정(Photo)에 대해 소개해드렸는데요. 포토공정이 끝나면 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정이 필요합니다. 이번 시간에는 반도체의 구조를 형성하는 패턴을 만드는 식각공정(Etching)에 대해 알아보겠습니다.
동판화 에칭(Etching) 기법과 비슷한 식각공정
학창 시절, 미술시간에 한 번쯤 만들어봤던 ‘판화’는 회화의 한 장르인데요. 나무·금속·돌 등의 면에 형상을 그려 판을 만든 다음, 잉크나 물감을 칠하여 종이나 천에 인쇄하는 방식이죠. 식각공정은 이러한 판화 기법의 한 종류인 에칭(Etching)과 비슷한 원리를 가지고 있습니다.
회화에서 에칭 기법은 산의 화학작용을 방지하는 방식제(그라운드)를 바른 동판을 날카로운 도구를 이용하여 긁어내 동판을 노출시키는 과정을 말합니다. 이때 동판을 부식액(묽은 질산)에 넣고, 부식의 진행 정도를 조절하여 이미지를 만드는 것인데요.
▲ 식각공정(Etching)
부식과 같은 화학작용을 이용해 이미지를 만드는 판화의 에칭 기법처럼, 반도체 식각공정도 웨이퍼에 액체 또는 기체의 부식액(etchant)을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거한 후 반도체 회로 패턴을 만듭니다.
포토공정에서 형성된 감광액 부분을 남겨둔 채 나머지 부분을 부식액을 이용해 벗겨 냄으로써 회로를 형성하죠. 식각이 끝나면 감광액도 제거합니다. 이렇게 반도체를 구성하는 여러 층의 얇은 막에 원하는 회로 패턴을 형성하는 과정을 반복하는데요.
식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)으로 나뉩니다. 건식 식각(Dry Etching)은 반응성 기체, 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거하는 방법이며, 습식 식각(Wet Etching)은 용액을 이용 화학적인 반응을 통해 식각하는 방법입니다.
건식은 습식에 비해 비용이 비싸고 방법이 까다로운 단점이 있으나, 최근에는 나노 단위로 고집적화되는 반도체 기술 변화에 따라 회로선폭 역시 미세해지고 있습니다. 이에 따라 수율을 높이기 위한 방법으로 습식(Wet)보다는 건식(Dry) 식각이 확대되고 있죠.
불필요한 부분을 선택적으로 없애는 건식 식각
그렇다면, 건식 식각(Dry etching)은 어떠한 방법을 통해 회로 패턴 이외에 불필요한 부분을 제거하는 것일까요?
건식 식각은 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 일반 대기압보다 낮은 압력인 진공 챔버(Chamber)에 가스를 주입한 후, 전기 에너지를 공급하여 플라즈마를 발생시키는데요. 플라즈마는 고체-액체-기체를 넘어선 물질의 제 4 상태로 많은 수의 자유전자, 이온, 중성의 원자 또는 분자로 구성되어 이온화된 기체를 말합니다. 이온화는 전기적으로 중성인 원자 또는 분자가 자신이 보유하고 있던 전자를 떼어 내거나 추가 확보함으로써, 양전하 또는 음전하 상태로 바뀌는 현상을 뜻하죠.
▲ 플라즈마(Plasma)의 생성
또한 플라즈마는 전기에너지에 의해 형성된 충분한 크기의 자기장이 기체에 가해질 때, 기체가 충돌하고 이온화됨으로써 발생하는데요. 즉, 자기장이 자유전자를 가속화시켜 높은 에너지를 가진 자유전자가 중성의 원자나 분자와 충돌하여 이온화를 일으키게 되는 것입니다.
이때 이온화에 의해 생성된 추가 전자도 연쇄 반응(Avalanche)에 의해 또 다른 이온화를 일으키면서 이온의 수가 기하급수적으로 늘어나게 됩니다. 이 상태를 바로 ‘플라즈마 상태’라고 하는데요. 플라즈마 상태에서 해리된 반응성 원자(Radical Atom)가 웨이퍼 위를 덮고 있는 막질 원자와 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 떨어져 나가게 됩니다. 이러한 반응을 통해 감광액(PR, Photo Resist) 보호막으로 가려져 있지 않은 막질은 제거되는 것이죠.
건식 식각 과정에서는 몇 가지 유의해야 할 사항들이 있습니다.
첫 번째는 균일도(Uniformity)를 유지하는 것인데요. 균일도란 식각이 이루어지는 속도가 웨이퍼 상의 여러 지점에서 ‘얼마나 동일한 가’를 의미합니다. 일정한 시간 동안 공정을 진행한 상태에서 웨이퍼의 부위에 따라 식각 속도가 다를 경우, 형성된 모양이 부위별로 다르게 되어 특정 부위에 위치한 칩에 불량이 발생하거나 특성이 달라지는 문제가 발생할 수 있기 때문입니다.
두 번째는 식각 속도(Etch Rate)입니다. 이는 일정 시간 동안 막질을 얼마나 제거할 수 있는지를 의미하는데요. 식각 속도는 주로 표면 반응에 필요한 반응성 원자와 이온의 양, 이온이 가진 에너지에 의해서 변화합니다. 즉 이러한 인자의 조절 능력을 높여 전체적인 수율을 향상시키기 위해 노력하고 있는데요. 이 밖에도 선택비(Selectivity), 형상(Profile) 등이 건식 식각의 주요 인자로 중요하게 여겨지고 있습니다.
지금까지 반도체 회로 패턴을 완성하는 식각 공정(Etching)에 대해 알아봤습니다. 집적회로 기술의 산물인 반도체는 필요 물질의 박막(Thin Film)을 실리콘 기판 전면에 바른 후 남기고자 하는 모양에 보호층을 덮어 이외의 부분을 깎아내는 작업을 여러 번 반복해 제작되는데요. 이 모든 공정은 안전하게 설계된 장비 안에서 이루어지죠.
다음 시간에는 식각공정에 이어 반도체가 원하는 전기적 특성을 갖출 수 있도록 웨이퍼 위에 씌우는 얇은 막을 뜻하는 ‘박막(thin film)’공정에 대해 알아보도록 하겠습니다.
[반도체 특강] 식각(Etching), 패턴을 완성하다-上
패턴을 만드는 공정으로는 포토(Photo), 식각(Etching), 세정(Cleaning) 등이 있습니다. 그중 식각공정은 포토(Photo)공정 후 감광막(Photo Resist, PR)이 없는 하부막 부분을 제거해 필요한 패턴만을 남기는 단계입니다. 마스크(Mask) 패턴이 PR로 코팅된 웨이퍼에 내려온 후(노광→현상), PR 패턴이 다시 PR 하부에 형성된 막으로 이동되는 과정이지요. 회로 선폭(Critical Dimension, CD)이 미세화(2D 관점)됨에 따라 식각 방식은 습식에서 건식으로 변화했고, 그에 따라 장비와 공정의 복잡도는 높아졌습니다. 식각공정은 3D 셀(Cell) 적층(Stack) 방식의 활성화로 핵심 성능지수에 변동이 생겼으며, 전반적으로 2D/3D 기술이 발전함에 따라 포토공정과 더불어 반도체 핵심공정으로 부상했습니다.
1. 증착과 식각의 기술 발전 트렌드
<그림1> 증착과 식각의 기술 발전 트렌드
웨이퍼에 막(Layer)을 형성하는 공정은 증착(Deposition: CVD, ALD, PVD), 형성된 막 위에 회로패턴을 그리는 공정은 노광(Exposure)이라고 합니다. 두 공정을 거친 뒤, 웨이퍼에 새겨진 패턴대로 조각을 하는 공정이 바로 식각(Etching)이지요. 포토(Photo)공정은 밑그림을 그리는 단계이므로, 웨이퍼에 실질적인 외형 변화를 일으키는 공정은 증착과 식각이라고 할 수 있습니다.
반도체가 탄생한 이후 현재에 이르기까지 식각과 증착 기술은 앞뒤를 다투며 발전해왔습니다. 증착에 있어 가장 획기적인 변곡점은, 1990년대 초 1Mb에서 4Mb D램으로 디바이스 용량이 확장되면서 트렌치(Trench)가 아닌 적층(Stack) 방식을 채용한 것입니다. 식각의 경우, 3D 낸드플래시 셀을 24단 이상으로 쌓기 시작했던 2010년대 초반이라고 할 수 있습니다. 그 후 현재까지 128단, 256단, 512단으로 셀을 적층해야 하므로 식각은 기술적으로 가장 난해한 공정 중 하나가 되어가고 있지요.
2. 식각 방식의 변천
<그림2> 미세화(2D)에 따른 식각 방식의 발전
식각공정은 2D(평면 구조) 반도체의 미세화 및 3D(입체 구조) 반도체의 적층 기술에 발맞춰 함께 발전해왔습니다. 2D 반도체가 주류를 이뤘던 1970년대에는 회로 선폭이 100㎛(마이크로미터)에서 10㎛, 10㎛ 이하급으로 급격히 줄어들던 시기였습니다. 이 시기에는 대부분의 반도체 핵심 공정 기술의 정렬이 마무리됐으며, 식각 기술도 습식식각(Wet Etch)에서 건식식각(Dry Etch)으로 정착되었지요. 막을 깎아내는 기술은 손쉬운 방식인 화학적 습식이 먼저 적용되었고, 1970년대 초 화학적 습식으로는 5㎛ 선폭을 구현할 수 없게 되자 플라즈마를 이용한 건식 방식이 새롭게 개발되었습니다. 오늘날 대부분의 식각공정은 건식으로 진행되고 있으며, 습식식각은 세정공정 쪽으로 응용 및 발전되었습니다.
3. 습식식각과 건식식각의 장단점
<그림3> 습식식각과 건식식각의 장단점
습식식각은 용액을 재료로 하는 만큼 건식에 비해 속도가 빠른(1분당 제거되는 깊이가 큰 식각률을 가짐) 반면, 식각 후 구조물이 네모반듯한 형태로 나오지는 않습니다. 모든 방향으로 동일하게 깎아내는 등방성의 성질을 갖고 있지요. 이러한 성질로 인해 습식식각은 횡적 방향으로의 면적 손실이 터부시되는 미세화에 있어 CD 조절에 치명적인 단점을 갖게 됩니다. 그러나 건식식각은 한쪽 방향으로만 식각을 하는 이방성의 성질(대부분 이방성+약간의 등방성)을 갖습니다. 증착막(Layer)을 수직축 아래로만 깎아내므로, 식각 후 의도했던 나노미터(nm) 단위 프로파일(Profile)의 초미세구조를 구현할 수 있는 수준까지 와있습니다.
또 습식식각은 공정 완료 후 사용한 액체를 폐기해야 하므로 환경오염을 야기하지만, 건식식각의 경우 배출 라인 중간에 스크러버(Scrubber)라는 장치를 통해 배기가스를 중화시켜 공기 중으로 배출하기 때문에 환경 영향이 적다는 장점이 있습니다.
한편, 웨이퍼 위는 여러 층이 복잡하게 얽혀있는 구조이므로 식각 시 필요한 층(막질)을 선택하는 데 있어 어려움이 따릅니다. 막질을 선택할 때는 화학적으로 반응하는 용액을 사용하는 습식식각이 유리하며, 건식식각은 물리적 방식과 화학적 방식을 합성시켜 깎는 방식이기 때문에 선택적 식각 측면에서는 불리하답니다.
4. 식각의 막질과 형태
<그림4> 식각의 막질과 형태
막질의 측면에서 볼 때, 식각의 대상은 크게 전기가 통하는 도전성 막(Metal Layer를 깎는 것을 금속식각이라 함)과 전기가 통하지 않는 절연체 막으로 볼 수 있습니다. 그 외 실리콘에 불순물을 주입한 폴리(Poly)막이 있지요. 식각을 해야 할 하부 막질로는 대표적으로 절연막인 이산화실리콘(SiO2)막과 게이트 단자로 사용되는 폴리막이 있습니다. 게이트 단자 형성 시 건식식각을 진행할 경우 이 둘을 묶어 한꺼번에 식각하면 포토와 에싱(Ashing) 공정 스텝을 줄일 수 있습니다. 습식식각일 경우는 각 막질에 따라 알맞은 용액을 선택해 막별로 매번 식각을 하고 그에 따른 화학 반응을 면밀히 살펴야 합니다.
형태적 측면에서 식각이 기여하는 모습을 보면, 게이트 식각 이외에도 아래층과 위층을 연결하는 통로를 만들기 위한 콘택(Contact)/비아(Via)식각이 있고, Tr(Transistor)과 Tr 사이를 분리해주는 트렌치(STI용 Trench)식각이 있습니다. 콘택/비아 식각은 해당하는 절연막을 아래로 뚫고 그 구멍으로 도전성 물질을 채워 넣어 Tr 단자와 상단의 막을 연결하는 데 목적이 있습니다. 트렌치 식각은 참호처럼 실리콘 기판에 얇은 깊이로 구멍을 파낸 뒤 그곳에 강력한 절연성 물질을 채워 넣어 Tr과 Tr 사이에 누설 전류가 흐르지 못하도록 하지요.
5. 식각공정의 순서와 문제점
<그림5> 식각과 관련된 앞뒤 공정 순서
막을 형성하고 형성된 막 위에 PR을 도포한 뒤 노광 > 현상 > 식각 > 에싱 > 세정 > 검사 > 이온주입으로 이어지는 공정 스텝은 Tr 단자 3개를 만들어내는 반도체 핵심 공정입니다. 이때 PR을 깎아내는 현상(Develope)이 잘 이뤄지지 않을 경우 잔존해있는 PR이 식각을 방해합니다. 식각 시에도 패턴을 만들 때 타깃(Tartget) 막을 충분히 깎아내지 않으면(Under Etch) 이온주입 시 불순물 입자들이 막혀 계획한 대로 주입하지 못하게 됩니다. 건식식각 후 남아있는 폴리머 찌꺼기를 완전히 세정하지 못한 경우에도 마찬가지지요. 또 식각 시 플라즈마 이온 가스양이 많거나 시간 조절에 실패해 막을 과다하게 깎게 되면(Over Etch) 하부 막질에 물리적 손상이 생깁니다.
따라서 건식식각에서는 정확한 종말점(EOP: End of Point)을 찾는 게 중요하며, 식각 후 PR을 제거하는 에싱 및 세정공정과 더불어 식각 상태를 꼼꼼히 검사해야 합니다. 또한, 웨이퍼 내 부분별 식각률이 상이해도 일정 영역별 Over Etch와 Under Etch가 발생해 웨이퍼 자체가 Reject될 수 있습니다. 식각에 있어 Over Etch보다는 Under Etch가 더 치명적이라 할 수 있지요.
식각공정의 경우 복잡한 프로세스로 이뤄져 있는 만큼, 두 개의 챕터로 나눠 진행합니다. 이번 편에서는 식각의 발전 방향과 변천 등 식각공정을 이해하는 데 도움이 될만한 개략적인 내용을 살펴봤습니다. 다음 편에서는 좀 더 세밀한 내용에 대해 알아볼 텐데요, 플라즈마와 식각의 관계, 식각 방식인 RIE, 식각의 성능지수인 Aspect Ratio, 식각의 속도 등에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.
※ 본 칼럼은 반도체/ICT에 관한 인사이트를 제공하는 외부 전문가 칼럼으로, SK하이닉스의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.
[반도체 공정] 반도체? 이 정도는 알고 가야지: (4)에칭 (Etching) 공정
반도체? 이 정도는 알고 가야지 : (4)에칭(Etching) 공정
여러분 안녕하세요! [반도체 8대 공정] 시리즈가 새롭게 돌아왔습니다. 전 에디터인 이미진 에디터 님께서 에디터 활동을 마치신 관계로, 그 바통을 이어받아 공정 시리즈를 완성해보고 자 합니다! 전 에디터 님의 기를 이어받아~ 이번에 4번째 공정! 식각(Etching)공정부터 저와 함께 달려 보시죠~!
SK Careers Editor 김시우
<출처: http://www.limitedblue.com/list/view.php?id=limited_edition&page=5&sn1=on&divpage=1&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=Limited%20Blue&select_arrange=headnum&desc=asc&no=30&PHPSESSID=9cc428a08586cae7da828aa7a86ed7be >
1. 식각(Etching)공정이란?
이전 3번째 포토(Photo Lithography) 공정에서 ”밑그림을 그린다~”라는 표현 기억하시나요? 이번 식각(Etching)공정에서는 밑그림 중 불필요한 부분을 없애는 즉, 회로의 패턴 중 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업을 수행합니다. 더 자세히 말하자면 포토(Photo Lithography)공정에서 부식방지막(Photo Resist)을 형성했다면 식각 공정에서는 액체 또는 기체의 etchant를 사용하여 부식을 진행하여 불필요한 부분을 없애는 작업입니다. (이때 etchant 란 부식을 진행하는 물질을 통칭하는 말입니다.) 이러한 에칭 기법은 동판화를 작업하는 미술에서 자주 쓰이는 방법인데요 19세기 화가인 피사로(Camille Pissaro)와 드가(Edgar Degas) 역시 에칭을 이용해서 정교하고 세밀한 선을 살린 작품을 많이 만들어 냈다고 합니다.
<출처 http://www.skcareersjournal.com/194 >
2. 건식(Dry) 식각방법과 플라즈마(Plasma)
에칭 기법의 동판화 미술과 반도체 공정은 방법의 차이가 존재합니다. 미술에선 날카로운 조각도구들을 이용해 회로를 만들어 냈다면 공정에선 감광액 (Photo Resist)으로 보호막을 먼저 만들어 냅니다. 그리고 나서 식각(부식)을 진행하게 되는 것이죠.
Wet Etching Dry Etching 액상의 화학용품 사용 기체 가스 사용 상대적으로 가격이 저렴 상대적으로 가격이 높고 방법이 까다로움 상대적으로 균일도 높음 극미세 회로 식각 가능
이러한 식각 공정은 크게 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식과 건식 두 가지로 나눌 수 있는데요. 건식은 습식에 비해 많은 비용이 들고 방법이 까다롭다는 단점이 있지만 최근 수율의 증대와 극미세 회로 식각을 위하여 건식이 널리 사용되고 있다고 합니다!
<출처 - http://plasma.kisti.re.kr/webs/intro/plasma_is.jsp >
그렇다면 건식 식각에 대해 더 자세히 알아보도록 할까요? 건식 식각은 흔히 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 플라즈마? 어디서 많이 들어본 용어 같지만 다소 생소하게 들립니다. 플라즈마란 고체, 액체, 기체 상태를 넘어선 물질의 제 4상태를 말합니다.
진공 챔버(Chamber)에 Gas를 주입한 후 전기에너지를 공급하여 이 “플라즈마” 라는 상태를 만들어내게 됩니다. 플라즈마 상태에서는 많은 수의 자유전자, 이온, 중성원자 또는 이온화된 기체 분자가 존재하게 되는데요 이 때 중요한 건 이온화의 연쇄반응(Avalanche) 입니다.
먼저 챔버(Chamber)에 전기에너지를 공급하면 자기장이 생기게 되고 이러한 자기장은 자유전자에 영향을 주게 됩니다. 높은 에너지를 가진 자유전자들은 주변의 중성 원자나 분자와 충돌하게 되고 다시 여기서 나온 자유전자가 다른 중성의 원자나 분자와 충돌하게 됨으로써 연쇄적인 이온화 반응이 일어나 “플라즈마 상태” 를 만들어 내는 것이지요.
플라즈마 상태에서 떨어져 나온 반응성 원자 (Radical Atom)가 웨이퍼 표면의 원자들과 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 분리되게 됩니다. 이 과정에서 감광액 (Photo Resist)으로 보호되지 않은 막은 제거되는 것이지요. 바로 이러한 방법이 건식 식각이라 할 수 있겠습니다.
3. 식각(Etching)이 잘되어야 하는 이유?!
그렇다면 식각을 잘해야 하는 이유는 무엇일까요? 그 것은 바로 식각은 곧 수율과 이어지기 때문입니다. 잘못된 식각으로 인하여 회로 부분이 끊기거나 균일하지 않으면 결과적으로 생산된 반도체 칩에 오류가 생기고 원하는 동작을 수행할 수 없게 되는 현상을 초래하기 때문이죠. 따라서 식각을 진행할 때는 여러 주요인자들이 존재합니다.
#1 균일도 (Uniformity)
균일도(Uniformity)란 식각이 얼마나 고르게 진행됐는지를 의미합니다. 균일도가 중요한 이유는 회로의 각 부분마다 식각된 정도가 다르다면 특정 부위에서 칩이 동작하지 않을 수 있기 때문이죠. 반도체 회로의 모든 부분에서 식각이 같은 속도로 같은 양만큼 진행된다면 정말 깔끔한 반도체를 얻을 수 있을 텐데요. 아쉽게도 오차는 존재하기 마련이기 때문에 이러한 균일도를 최대한 높이려고 많은 기업들이 앞다투어 노력하고있죠.
#2 식각 속도(Etch Rate)
식각 속도는 일정시간동안 막이 얼마나 제거 됐는지를 의미합니다. 플라즈마 상태의 원자와 이온의 양 또는 그 원자나 이온이 가지고 있는 에너지에 따라 식각의 빠르기가 결정됩니다. 당연히 양이 많고 에너지가 높으면 식각 속도는 증가하게 됩니다. 따라서 이러한 양과 에너지를 조절하여 식각의 알맞은 속도를 맞출 수 있는 것이지요.
이 외에도 막질에 따라 서로 다른 식각량을 비율로 나타낸 선택비(Selectivity) 등의 고려 사항들이 존재하며 이러한 모든 세부 사항들을 좀 더 정교하게 진행하려는 많은 노력들이 식각(Etching)공정팀에서 이루어 지고 있죠.
저와 함께한 식각(Etching)공정 이해가 되셨나요? 플라즈마, 균일도, 식각 속도 등 많은 어려운 개념들이 있었는데요 위로 올라가셔서 천천히 다시 한번 읽어보는게 어떨까요? 🙂 다음엔 증착(deposition) 공정에서 뵙겠습니다!
[반도체 공정] 4. 식각공정(Etching)
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식각 공정 (Etching)
식각공정(Etching Process)이란 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정이다. 이는 곧 반도체 회로패턴을 만든다는 의미도 된다.
Etching을 나타내는 성능지수 (FOM : figures of merit)에는 크게 두가지가 있다. 첫번째는 식각 속도(Etch Rate)로 식각 된 두께(thickness)/식각 시간(time)으로 정의된다. 이는 일정시간동안 식각이 일어나는 정도를 표현한 것이다. 대체로 조절가능한 빠른 식각속도가 선호된다.( high etch rate with good controllability is desirable)
두번째는 선택비(selectivity)로 물질 X의 식각속도/ 물질 Y의 식각속도로 정의된다. 주로 물질 X는 식각을 원하는 물질(Etch target)이며, 물질 Y는 식각을 원하지 않는 물질(mask layer or other material)로 계산한다. 즉, 선택비가 클수록 원하는 etching 공정이 잘 이루어진다는 것을 의미한다.
건식 식각(dry etching)과 습식 식각(wet etching) 비교
Etching에는 두가지 종류가 있다. 건식 식각(Dry Etching)과 습식 식각(Wet Etching)이다. 두 식각 방법의 차이는 다음과 같다.
여기서 비등방성(Anisotropic)과 등방성(Isotropic)이라는 단어가 등장한다.
간단하게 말하자면 등방성이란 모든 방향으로 동일하다는 뜻이며 반대로 비등방성이란 특정 방향으로의 방향성이 있다는 것을 의미한다. 즉, 식각이 일어날 때 등방성(Isotropic)일 경우 식각이 모든 방향으로 동일하게 일어나며 under cut이라는 현상이 발생한다.
Under cut이란 아래 그림의 isotropic 그림과 같이 식각이 pattern 모양 아래쪽으로 추가적으로 발생하는 현상을 말한다.
이러한 undercut 현상 때문에 3 μm이하의 feature size를 갖는 pattern에 대해서는 쓸 수 없다.
비등방성(Anisotropic)일 경우 특성 방향으로의 식각이 더 잘 진행된다.
위 그림은 식각 방법에 따른 압력과 Mean Free Path 그리고 비등방성(anisotropy) 정도를 정리한 표이다. 특히 건식 식각에서는 식각을 진행하는 환경의 압력이 낮아질수록 입자들의 Mean Free Path가 증가하고 비등방성이 증가하여 under cut 현상이 적게 나타난다.
습식 식각(Wet Etching)
습식식각은 화학반응을 사용하는 등방성(isotropic) 공정이므로 여러 요인에 의하여 영향을 받는다. 특히 silicon orientation에 크게 영향을 받으며 밀도가 높은 orientation일수록 낮은 etch rate를 보인다.
습식 식각 공정 중 실리콘옥사이드(SiO2)를 식각하는 과정에는 주로 희석된 플루오린화 수소(Diluted hydrofluoric acid : HF)를 사용한다. 식각 공정이 진행되면서 HF가 사용되면 etch rate가 낮아지므로 buffering solution을 이용하여 etch rate를 일정하게 유지시켜 준다. 주로 NH4F로 완충된 HF 용액을 사용한다. (NH 4 F : HF = 6 : 1)
실리콘(Si)를 식각하는 과정은 HF와 질산(Nitric acid : HNO 3 ) 또는 과산화수소(Hydrogen peroxide : H 2 O 2 )나 탄산(Carbonic acid : CH 3 COOH)의 홉합물을 사용한다.
혹은 KOH와 물(H 2 O)을 섞어서 사용하기도 하는데, <111> direction에 비해 <100> direction으로의 etching rate가 약 700배 정도 빠르다. 여기에 Propanol(C 3 H 8 O)을 첨가하면 <100> direction으로 추가적인 selectivity를 확보할 수 있다.
건식 식각(Dry Etching)
건식식각은 물리적 화학적 방법을 모두 사용하는 비등방성(Anisotropic)공정이다. 건식 식각에는 크게 3종류가 있으며 High pressure plasma etching, Ion milling 그리고 RIE(Reactive Ion Etching)이다.
High pressure Plasma etching
High pressure plasma etching은 화학적인 방법으로, chemically reactive한 gas에 의해 표면의 원자가 휘발성(volatile) 있는 화합물을 형성하여 식각이 되는 방법이다. 높은 선택비(High selectivity)를 갖지만 등방성(isotropic) 방법이다.
① Feed gas가 chamber 안으로 들어오게 되고 plasma에 의해 chemically reactive한 상태가 된다.
② Chemically reactive한 molecule이 diffuse 된다.
③ Wafer 표면에 흡착(absorb)된다.
④ Surface 표면에서 reaction이 일어날때까지 diffuse 된다.
⑤ Reaction이 일어난다.
⑥ Reaction이 끝나면 탈착(desorb) 된다.
⑦ Gas stream으로 diffuse되어 chamber 밖으로 옮겨진다.
Ion milling
Ion milling 과정은 순수한 Ar+ 이온을 사용한다. Chamber에 Ar gas 같은 비활성 기체를 주입한 후에 필라멘트를 가열해주면 전자(electrons)이 튀어나와 양극으로 가속되게 된다. 이런 전자들은 전기적으로 중성 상태인 Ar 원자와 충돌하여 Ar 원자들을 이온화시킨다.
이렇게 생성된 이온은 wafer의 표면을 때리게 되는데, 이러한 과정을 ion bombardment라고 한다. Etching은 이렇게 화학반응을 포함하지 않고 순수하게 물리적으로 wafer의 원자들을 떼어내면서 이루어 진다. 높은 anisotropic etching이 가능하지만 selectivity나 throughput은 좋지 못하다.
RIE (Reactive Ion Etching)
위 두가지를 합친 방법이라고 생각하면 되며 ion assisted etch(IAE)라고도 불린다. 즉 plasma(ionized reactive gases)와 sputter etching (ion bombardment)을 모두 사용하는 방법으로, 각 방법의 단점을 보완하는 빠른 비등방성 식각(fast anisotropic etch)과 높은 선택비(high selectivity)를 장점으로 갖는다.
[LamTechBrief: 반도체 8대 공정] 반도체 회로의 길을 만들다! – 식각 공정
웨이퍼 표면에 감광액으로 회로 패턴을 그렸다면, 회로 패턴을 제외한 불필요한 부분을 지우는 식각 작업이 필요하겠죠?
이 공정이 바로 오늘의 주제이자, 포토 공정과 함께 반도체 공정의 중심인 ‘식각(에칭) 공정’입니다.
이번 포스팅에서는 반도체 8대 공정 네 번째, 식각 공정에 대해 알아보겠습니다!
[영상] 반도체 식각 장비 공정 기술의 세계 램과 텔에 대항하는 APTC
<자막원문>
한: 오늘 고려대학교 전기전자공학부 유현용 교수님 모시고 반도체 식각 공정에 대해서 전반적으로 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 유 교수님 안녕하세요.
유: 안녕하세요.
한: 교수님 명함에 ‘전기전자공학부/반도체공학과’라고 나와 있는데. 원래 반도체공학과가 있었습니까?
유: 반도체공학과는요. 학부 과정으로 올해 처음으로 SK하이닉스랑 계약학과의 형태로 새롭게 고려대학교에 만들어진 본과 대학교 안에 만들어진 새로운 학과입니다.
한: 요즘 반도체 쪽에 인력이 없다고 난리던데. 그런 걸 조금 시간이 지나면 해소할 수 있는 그런 취지로 마련이 된 건가 보군요.
유: 이 반도체공학과 설립은 2~3년 전부터 추진이 됐던 거고요. 그리고 그때 정부에서 반도체에 대한 인력 양성이 지금도 되게 시급한 문제지만 그전부터 그 문제점을 인식을 해서 SK하이닉스와 고려대학교가 반도체공학과라는 계약학과를 만들게 되었습니다. 올해부터.
한: 교수님은 원래 교수가 되시기 전에는 뭘 하셨어요?
유: 제가 산업계에 있었습니다. 그래서 제가 박사 학위를 마치고 반도체 장비업체죠. 램리서치라는 지금 식각 공정 장비로는 세계 1위를 하는 장비 업체에 실리콘 밸리에 있는 본사 연구소에서 엔지니어로 있다가요. 그 후에는 포틀랜드에 있는 인텔 연구소에서 PTD(Process Integration Engineer)로 14나노 테크놀로지 노드를 개발하다가 2012년부터 고려대학교 교수로 오게 되었습니다.
한: 그럼 산업계에 몇 년 정도 계신 겁니까?
유: 한 3년 정도 있었습니다.
한: 램리서치에도 계셨고 인텔에도 계셨으면 그냥 교수님만 하셨던 것보다는 그쪽 산업계에 어떤 애로사항이라든지 일하면서 부딪치는 난제나 이런 것들을 많이 풀려고 노력을 많이 하셨을 것 같은데. 오늘 식각 장비에 대해서 얘기를 하려고 하는데. 식각(Etching), 식각(Etching) 장비 이렇게 얘기를 하는데. 참 어려워요. 식각이라는 것은 어떤 걸 의미하는 겁니까?
유: 식각(Etching)이라는 건 저희가 반도체 공정 중에 설계한 패턴을 반도체 웨이퍼에 전사하는 게 ‘패터닝’이라고 합니다. 그래서 패터닝 공정을 보면 노광 장비를 써서 그리는 거죠. 반도체 기판 위에다가. 그리고 그걸 그 본을 그대로 해서 깎아내는, 그러한 필요 없는 것을 깎아내는 게 바로 식각 공정입니다. 따라서 그 결과물로는 깎아냈기 때문에 삼차원 입체적인 구조가 나오는 그런 형태가 되겠습니다.
한: 그게 건식 식각 장비, 습식 식각 장비 이런 식으로 나뉘는 것 같던데.
유: 크게는 습식과 건식으로 나누고 있습니다. 그래서 습식 같은 경우에는 액체 상태 에천트(식각액)들을 이용해서 불필요한 영역을 식각시키는 그러한 방식인데. 그 방식은 이제 방향성이 모든 방향으로 일어나기 때문에 미세 패턴에는 어울리지 않는, 할 수 없는 그런 올드한 방식이 되겠고요. 그래서 지금 습식 식각이 이용되는 경우는 패터닝 하지 않고 전체를 패턴 없이 식각한다거나 이러한 것에 사용이 되고요. 건식 식각이라는 것은 기체 상태의 에천트(식각액)들을 이용해서 식각을 하는 겁니다. 사실 건식 식각이라는 게 기체 상태의 에천트(식각액)들을 이용하기 때문에 걔도 식각하는 데 모든 방향으로 다 일어날 수가 있는데요. 그중에서 ‘플라즈마(Plasma) 식각’이라는 게 있습니다. 그래서 요즘에는 건식 식각(Dry Etching)이 현재에는 다 플라즈마 식각이라고도 볼 수 있는데요. 플라즈마 식각은 방향성을 부여하는 겁니다. 그래서 기존에 그 식각 공정들이 모든 방향으로 일어났다면 플라즈마 식각 같은 경우에는 그 방향성까지 잡아서 어떠한 일정한 방향으로 식각을 만들어내는 기술이 되겠습니다.
한: 방향이라는 게 제가 잘 이해가 안 되는데 예를 들어서 앞으로 가는 방향이면 그쪽 방향으로만 식각이 된다는 얘기에요?
유: 예를 들면 방향이라는 게 저희가 수평 방향과 수직 방향이 있다면 저희가 수평 방향과 수직 방향 전체가 다 식각이 되버리면 미세 패턴의 패터닝을 할 수가 없습니다. 그런데 만약에 저희가 원하는 대로 저희 노광에 의해서 ‘포토레지스트(Photoresist)’라고 하죠. 그걸로 막아놓고 그 패턴대로 식각을 하기 위해서는 수평 방향보다는 수직 방향으로 식각 속도가 상당히 빨라져서 방향성을 갖는 식각을 만들어야 합니다.
한: 그게 저희가 그냥 미디어에서 반도체 생산 공정을 우리가 쉽게 편하게 얘기하면 “덮고 찍고 깎고 검사하고” 이 과정을 계속 거친다고 하는데. 깎는 거에 대한 공정을 식각이라고 한다면 중요도가 어느정도예요?
유: 식각 공정이 상당히 중요한 포션을 차지하고 있습니다. 그리고 난이도도 상당히 높고요. 그래서 일례로 지금 SK하이닉스나 삼성전자가 장비에 투자하는 금액 중에 40% 정도가 식각 장비 구매에 쓰이고 있고요.
한: 그렇게 많이 쓰입니까?
유: 왜냐하면 식각 장비에 공정 스텝이 전체 공정의 30% 정도를 차지하게 되는데. 예를 들면 생산성을 고려해서 장비에 대수가 많이 필요로 하고요. 그리고 또한 현대에는 EUV(극자외선)의 개발이 지연되면서 더블 패터닝 같은 멀티 패터닝 공정이 사용되면서, 노광 공정에서도 식각이라는 게 도움을 받아야 되거든요. 그렇기 때문에 요즘에는 식각 공정 장비의 숫자가 엄청나게 늘어나는 그런 추세에 있습니다.
한: 우리가 아까 “덮고 찍고 깎고” 할 때 보면 덮는 거에 대한 물질이 종류가 여러 가지인데.
유: 그렇죠.
한: 그 종류별로 깎는 방식이나 재료가 달라집니까?
유: 그렇죠. 깎을 때 제가 말씀드리는 건 플라즈마 식각인 경우를 이제 미세 패턴은 다 플라즈마 식각을 이용해서 하기 때문에요. 어떤 것을 타겟하느냐에 따라서 달라지거든요. 예를 들자면 크게 나눠서 Conductor etch냐 아니면 Dielectric etch이냐. 즉 절연체냐. 그래서 Conductor etch 같은 경우에는 예를 들어서 폴리실리콘을 깎는 거냐 아니면 실리콘을 깎는 거냐 또는 메탈류를 깎는 거냐. 이런 데 사용되는 플라즈마 식각의 플라즈마 소스라든가 방식이 있고요. 그다음에 Dielectric etch 같은 경우에는 주로 대부분 실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide)나 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 계열을 식각 할 때 쓰는 식각 장비에 플라즈마의 종류라든가 그 장비의 구성이 달라지게 되고 있습니다. 사실 플라즈마 상태라는 건 원래 저희가 물질의 상태가 고체 상태가 있고요. 예를 들면 얼음 같은 거죠. 거기다가 에너지를 주면 액체 상태가 되고 또 에너지를 더 주면 기체 상태가 되죠. 그런데 거기다 좀 더 에너지를 많이 가게 되면 이제 플라즈마라는 상태가 되면서 기체가 이온화 되는 겁니다. 그래서 그 안에 있는 일렉트론과 양이온 그리고 라디칼(Radical)이라든가 이런 중성 입자들이 그 안에 존재를 하게 됩니다. 따라서 플라즈마 식각은 바로 그런 라디칼(Radical)과 그다음에 이온에 의해서 이제 식각이 되는 건데요. 실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide) 같은 아주 밀도가 높고 아주 단단한 물질을 깎기 위해서는 에너지가 큰 이온들이 형성이 되도록 만드는 구조에 플라즈마가 만들어져야 됩니다.
한: 근데 식각 가스라든지 이런 것도 같이 들어와 줘야 되지 않습니까?
유: 식각 가스도 당연히 들어와야 되죠.
한: 그러면 절연체가 아닌 Conductor라든지 이런 걸 깎을 때는 어떻게, 비절연체를 깎을 때는 어떻게 되야 되는 거죠?
유: 비절연체를 깎을 때는 저희가 사용하는 플라즈마 방식이 좀 더 다른 방식이 있고요. 그 방식을 통해서 예를 들면 원래는 구성하는 식각하는 방식은 절연체냐 비절연체냐 상관없이 비슷한 메커니즘으로 동작을 하게 됩니다. 그래서 라디칼(Radical)이라는 건 화학적 결합을 되게 잘하는, 우리가 깎고자 하는 박막과 아주 화학적 반응을 잘 일으키는 놈이고요. 그다음에 이온들은 예를 들어서 저희가 미사일을 쏘듯이 딱 웨이퍼에다가 저희가 아주 큰 힘을 갖고 있는, 센 에너지를 갖고 있는 놈들을 때리는 거예요. 그래서 예를 들면 실리콘 기판이다 그럴 때 실리콘의 결합을 아주 약하게 아니면 좀 더 끊어주는 방식으로 하는 그래서 그걸 물리적, 이온 충돌에 의한 걸 물리적인 식각이라고 그러고. 거기서 나온 라디칼(Radical)에 의해서 화학적으로 식각하는 걸 화학적 식각이라고 하는데. 플라즈마 식각은 이 두 개를 시너지 효과를 이용해서 두 개를 결합해서 만든 거라서 이게 다이일렉트릭(Dielectric)이냐 아니면 비다이일렉트릭(Dielectric)이냐에 따라서 원리가 바뀌는 건 아니고요. 그 에너지가 얼마나 세게 만들 수 있느냐. 그리고 실리콘이나 폴리실리콘을 식각 같은 경우에는 주로 식각의 균일성. 예를 들어서 어느 장소에서는 식각이 빨리 되고 어느 장소에서는 식각이 느리지 않아야 되기 때문에. 그런 것들을 어떻게 컨트롤하느냐가 되게 큰 이슈가 되고 있습니다.
한: ICP 방식과 CCP 방식 이런 얘기도 하던데 이건 뭘 의미하는 겁니까?
유: 지금 제가 말씀드렸던 플라즈마 소스에 따라서 어플리케이션이 조금씩 바뀌는데요. CCP 같은 경우와 ICP 같은 경우로 크게 두 가지로 나누고 있습니다.
한: CCP하고 ICP가 뭐의 약어예요?
유: Capacitively Coupled Plasma를 CCP(용량성 플라즈마)라고 그러고요. Inductively coupled plasma를 ICP(유도성 플라즈마)라고 부릅니다. 그래서 플라즈마를 어떤 식으로 챔버 안에서 형성시키냐의 차이인데요. 예를 들어서 CCP 같은 경우에는 상하에 플레이트를 만들고요. 그 플레이트 상하에다가 RF Power를 만들어서 그 플라즈마를 형성하는 거고요. ICP 같은 경우에는 챔버가 있으면 챔버 위에다가 코일을 만듭니다. 그래서 코일에다가 전기장을 가해주는데요. 그 가해준 전기장이 챔버 내에 자기장을 변화시키고요. 자기장을 형성하고요. 그 형성된 자기장이 또 그 챔버 안에 전기장을 만들어서 RF 챔버 위에 있는 코일에 의해서 플라즈마가 형성되고요. 그다음에 웨이퍼 밑에 있는 ‘바이어스 파워’라는 걸 달게 되는데. 그 바이어스 파워에 의해서 이온들이 웨이퍼 방향으로 끌려오게 되는 그러한 형태를 가지고 있어서 두 개의 큰 차이점은 플라즈마를 만드는 것과 그다음에 이온의 에너지를 만들어서 직진성을 확보하는 그 에너지를 분리하느냐 아니면 한꺼번에 다 하느냐입니다. 그래서 CCP 같은 경우에는 그 플라즈마의 생성과 그다음에 이온의 에너지를 따로따로 컨트롤할 수 없고요. ICP 같은 경우에는 이온의 생성과 플라즈마의 생성을 따로따로 이온의 에너지와 플라즈마의 생성을 따로따로 컨트롤하기 때문에 자유도가 좀 더 높다고 할 수 있습니다.
한: 용처가 좀 다릅니까 그러면?
유: 그러니까 CCP 같은 경우에는 플레이트와 플레이트 사이에 간격이 상당히 짧기 때문에 강한 일렉트릭컬한 전기적인 에너지를 갖기 때문에 그 안에 입자들이 큰 에너지를 갖고 있어요. 큰 에너지를 갖고 있으니까 다이일렉트릭(Dielectric) 같은 아주 단단한 물질을 식각시키기에 좀 더 유리한 그러한 모습이고요. 그다음에 ICP 같은 경우에는 플라즈마의 농도, 즉 라디칼(Radical)의 숫자라든가 이온의 숫자를 훨씬 더 풍성하게 만들 수 있기 때문에 저희가 원하는 웨이퍼 표면에 고르게 플라즈마를 생성시켜서 균일하게 모든 웨이퍼의 엣지나 센터 부분 전부 다 균일한 속도로 식각을 할 수 있는 그러한 장점을 가지고 있습니다.
한: 그러면 해외에도 식각 장비를 하는 회사들이 램리서치가 가장 잘하지만, 일본에도 있고 미국에도 다른 회사도 하는데. 주로 어떤 방식을 많이 활용합니까?
유: 해외 업체들이 사실 전체 플라즈마 식각 장비에 대부분을 차지하고 있고요. 거의 95~96% 이상을 다 차지하고 있다고 보면 되고요. 그다음에 램리서치 같은 경우에는 저희가 방금 말씀드린 Dielectric etch랑 Conductor etch 두 개를 주력 제품으로 하고 있고요. 그다음에 텔(TEL) 같은 경우에는 텔(TEL)도 Conductor etch와 Dielectric etch를 생산을 하지만 Dielectric etch에 좀 더 치중하는 그래서 지금 삼성전자나 SK하이닉스가 개발하고 있는 3D V-NAND에 Gate Plug를 식각하는데 주로 많이 들어가는 그런 업체가 되겠고요. 그다음에 AMAT(Applied Materials) 같은 경우는 3위 업체인데 AMAT도 램리서치와 비슷하게 Conductor etch와 Dielectric etch가 거의 비슷하게 같이 많이 디벨롭이 되고 있습니다. 판매가 되고 있고요.
한: 램리서치가 대부분 많이 차지하고 있습니까?
유: 50% 정도를 차지하고 있습니다.
한: 나머지 20~25% 사이들은 나머지 회사가 둘이 갖고 있는 건가요?
유: 텔(TEL)이 한 30% 언저리고요. 나머지 20% 정도가 AMAT인 것으로 알고 있습니다.
한: 국내에도 식각 장비를 하는 회사들이 있잖아요. 삼성전자 자회사 세메스 같은 경우도 있고 거기는 삼성전자 자회사니까 당연히 그쪽으로 들어갈 텐데. APTC라는 상장회사가 그쪽에서는 삼성전자 자회사를 제외하고는 거의 유일하게 식각 장비를 만드는 회사라고 봐야 됩니까? 어떻습니까?
유: 지금 식각 장비를 APTC 같은 경우에는 국내에서 유일하게 만들고, 그러니까 메인 식각 에쳐를 말하는 겁니다. 메인 에쳐 중에서는 유일하게 만들고 양산까지 하는, 양산까지 갈 수 있는 건 APTC가 유일한.
한: 메인 에쳐가 아니라는 건 어떤 게 있죠?
유: 예를 들어서 엣지 부분을 좀 에칭한다거나 그래서 그건 좀 다른 회사가 독보적인, 국내 회사지만 다른 회사가 독보적인 위치를 차지하고 있는 회사가 있습니다.
한: APTC는 그러면 아까 해외 업체하고 비교했을 때 주로 어떤 방식과 장비를 주로 하나요?
유: 사실 APTC라는 회사가 되게 신기하게도 ICP 장비를 만들고 있습니다. 사실은 ICP 장비를 만드는 것에 대한 난이도가 상당히 높은데요.
한: CCP보다 ICP가 더 어렵습니까?
유: 구조적으로 독립성을 가지다 보니까 어떻게 보면 좀 더 난이도가 있다고 볼 수가 있죠. 왜냐하면 컨트롤해야 되는 것들도 상당히 많고 그다음에 균일한 식각이라든가 요구 조건도 상당히 까다롭고. 그래서 APTC 같은 경우에는 보면 그동안 국내 업체가 이 일을 할 수 없었던 이유 중의 하나가 플라즈마 소스에 대한 IP. 특허죠. 특허에 대한 문제 때문에 이런 장비를 만들기도 쉽지 않았고요. 그런데 APTC는 ICP에 대한 고유의 특허를 가지고 있고요. 또한 재연성 같은 게 상당히 큰 문제입니다. 웨이퍼를 진짜 양산할 때는 재연성이 있어야 되는데.
한: 재연성이라는 건 반복되는 작업에서 비슷한 수준을 계속 가야 된다는 것이죠?
유: 그러니까 웨이퍼를 계속 찍어낼수록 식각 속도라든가 식각 균일도가 달라지거나 이러면 의미가 없지 않습니까. 그렇기 때문에 그런 재연성 면에서 상당히 어느 수준에 이르는 회사이기 때문에 SK하이닉스에 양산 장비를 납품하는 것으로 알고 있고요. 그런 면에서는 상당히 놀랄만한 일이라고 생각합니다.
한: 플라즈마는 어떻게 발생시켜요?
유: 플라즈마는 아까도 말씀드렸다시피 기체를 저진공 상태에 놓고서 거기에 큰 전기적 에너지를 가해주게 됩니다.
한: 그걸 가해주는 기술 자체가 뭔가 특허로 많이 보호되어 있습니까?
유: 그럼요. 특히 ICP 같은 경우에는 그 방식, 코일을 어떻게 감싸느냐를 가지고 어떤 형태의 코일을 감싸느냐 이런 걸 가지고 특허가 많이 걸려 있고요. 그래서 램리서치라든가 아니면 AMAT도 서로 다른 방식, ICP 플라즈마 소스의 방식을 특허를 가지고 생산을 하고 있습니다.
한: 패터닝을 하고 나면 이렇게 선처럼 깎을 때도 있고 구멍(Hole)을 뚫어서 할 때도 있는데. 그것도 뭔가 식각 방식이 다른 거예요?
유: 식각 방식이 다르기 보다는요. 주로 선을 깎는 건 어떤 응용에서 깎느냐 아니면 구멍(Hole)을 뚫는 건 어떤 응용에서 깎느냐가 더 정확한 얘기가 될 것 같습니다. 예를 들자면 구멍(Hole)을 깎는 경우는 컨택을 만들 때. 배선이죠. 소자와 소자를 연결시켜주기 위해서 저희가 메탈와이어를 통해서 연결을 시켜주는데 그때 소자에 그 와이어를 연결시켜주기 위해서 깊숙이 Interconnection line via라고 그러는데 그걸 컨택을 시켜야 됩니다. 그때는 주위가 전부 다 옥사이드로 둘러 쌓여있고 그 아주 작은 면적에 구멍(Hole)을 뚫어서 그 안으로 메탈 성분을 집어 넣어줘야 되는 거죠. 그렇기 때문에 Dielectric라는 성분을 식각하는 그 부분이, 그 어플리케이션이 컨택입니다. 따라서 구멍(Hole) 같은 경우는 주로 Dielectric etch 장비가 그래서 많이 사용이 되는 거고요. 그다음에 예를 들어서 선 같은 경우는 주 용처가 보통은 STI라고 그래서 STI(Shallow Trench Isolation)이라든가 이렇게 소자와 소자를 분리시켜주는 공정에 쓰거나 아니면 게이트를 디파인해주기 위해서 쓰는 것이기 때문에 그때 깎는 대상이 되는 건 주로 실리콘류가 되겠습니다. 그래서 선 같은 것은 주로 Conductor etch를 통해서 주로 깎게 된다는 거죠.
한: 식각 장비의 성능이 좋다, 우수한 성능이다 이렇게 얘기할 때 여러 가지 수치가 있을 것 아닙니까. 어떤 게 있습니까?
유: 일단은 균일도를 상당히 많이 보고요. 웨이퍼 내부에서 예를 들면 엣지와 가운데와 그다음에 중간 영역에 전부 다 에칭 스피드가 다르다. 그러니까 식각 스피드가 다르다 그러면 문제가 심각해지지 않습니까? 그렇기 때문에 균일도가 중요한 척도 중의 하나고요. 그다음에는 식각 스피드죠. 왜냐하면 스루풋(Throughput)의 영향을 미치는 거죠. 생산성의 영향을 미치는 겁니다. 얼마나 빨리 식각을 하느냐. 같은 프로세스라도 좀 더 빨리 균일성을 갖고 좀 더 빨리 식각될수록 프로핏이 더 많은 거죠. 그다음에 하부층에 다른 레이어들이 있다면 다른 레이어를 얼마큼 공격하지 않고, 다른 레이어를 공격하지 않는다는 말은 식각하지 않고, 데미지를 입히지 않고 딱 원하는 층만 식각을 시키느냐라는 선택적 식각. 이게 얼마나 잘되느냐 이런 거고요. 그다음에 높은 종횡비(high aspect ratio) 그러니까 종횡비가 얼마나 큰 것을 잘 깎느냐 이런 것도 큰 이슈가 되겠습니다.
한: 보통 식각 장비를 어떤 회사가 처음 생겨서 그걸 만들려고 하면. 말씀을 들어보니까 말씀만 들어도 저는 어려운데.
유: 상당히 어렵습니다.
한: 중국에도 그런 식각 장비회사도 하나 있는 것 같기도 하던데. 뭘 만들기가 쉽지가 않을 것 같은데요. 그쪽 분야에서 회사가 새로 생기기가 쉽지 않을 것 같다는 생각이 드네요.
유: 그럴 수밖에 없는 게요. 한 테크를 디벨롭하기 위해서는, 저도 인텔이 있어 봤고 그다음에 램리서치에도 있어봐서 알겠는데. 한 테크를 개발하기 위해서는 수년 전부터 여러 장비회사와 같이 협업을 하면서 계속 디벨롭을 하게 됩니다. 그런데 중간에 새로 신생 회사가 있었다면 그 신생 회사를 갑자기 여기다가 넣어서 같이 디벨롭을 한다? 이건 상당히 어려운 일이고요. 그리고 문제가 될 소지도 많기 때문에, 양산을 해본 경험도 없기 때문에 이 장비를 선택한다는 건 쉽지 않죠. 특히 식각 장비는 예를 들어서 전 테크놀로지에 디벨롭했던 회사를 데리고 다음 세대의 테크놀로지를 디벨롭해도 완전히 새로 다시 해야 되는 것과 마찬가지거든요. 예를 들어서 증착 같은 경우에는 많이들 전 세대 것을 차용해오지만 미세 패턴화가 되기 때문에 완전히 또다시 식각 공정을 개발을 해야 되는 겁니다. 따라서 그 만큼에 신뢰도와 그 만큼에 장비의 성능을 양산했던 장비의 성능을 보증하지 않는다면 처음부터 그 테크놀로지를 디벨롭할 때 같이 가기가 쉽지 않은 거죠.
한: 현재 식각 공정에서 도전과제는 뭐가 있습니까?
유: 식각 공정의 도전과제는 식각 공정이 제일 어려운 것 중의 하나가 어떻게 보면 다른 공정에 비해서 어려운 것 중의 하나가 다른 공정은 그래도 다시 공정을 할 수 있는 것들이 많아요. 예를 들어서 노광 같은 경우에는 “노광이 잘못됐다” 그러면 지우고 다시 하면 되는 거고요. 아니면 “증착이 잘못됐다” 그러면 어떻게 보면 그 증착을 없앤 다음에 다시 녹인 다음에 다시 증착을 시키면 되는 거고. 하지만 식각은 한번 하면 되돌이킬 수가 없어요. 그렇기 때문에 이건 어려운 그런 문제고요. 그다음에 예를 들어 한 테크놀로지라도, 예를 들어서 디램을 저희가 생산하는데 같은 테크놀로지인데 PC용 디램이 나올 수 있고요. 아니면 모바일용 디램이 나올 수 있고 그다음에 서버용 디램이 나올 수 있습니다. 그러면 그게 뭐가 문제냐. 그 문제가 바로 페리(Peri)랑 셀(Cell) 간에 비율이 달라져요.
한: 페리(Peri)랑 셀(Cell) 간에.
유: 네. 그러니까 페리(Peri)라는 영역이 있고 셀(Cell)이라는 영역이 있는데. 그 간에 비율이 달라지면 셀이라는 영역은 되게 조밀한 영역이거든요. 패턴들이. 근데 그에 비해서 페리는 조밀도가 낮은, 밀도가 낮은 그런 영역입니다. 그러면 식각 공정은 얼마큼 패턴이 조밀하냐 아니면 여유가 있냐에 따라서 식각 속도가 달라지게 됩니다. 같은 테크라도 식각 공정이 개발해야 되는 건 상당히 많아지는 거죠. 그렇기 때문에 상당히 큰 난이도가 있고요. 그다음에 말씀하신 것처럼 요즘에 공정의 미세화 때문에 얘는 삼차원적으로 깎다 보니까 프로파일도 되게 우리가 원하는 프로파일이 나와야 되고 그런 미세 패턴이 되니까 그것에 따른 여러 가지 문제들이 생기는 거고요. 그다음에 미세화되니까 또 원하는 게 뭐냐면 높은 종횡비(high aspect ratio). 종횡비가 아주 큰 놈을 깎아달라고 하는 거죠. 그렇기 때문에 상당히 어려워요. 그렇기 때문에 여기에서 현재 제가 생각하는 식각 공정의 도전과제는 미세화에 따라서 예전에 우리가 생각하지 못했던, 예전에는 “OK” 했던 스펙 마진이 이제는 “OK” 가 아니라는 거죠. 예를 들어 100나노에서 2~3나노가 흔들리는 건 상관이 없는데 이제는 10나노에서 2~3나노 흔들리는 건 말이 안 된다. 이걸 어떻게 할 거냐. 그다음에 예를 들자면 또 종횡비(Aspect Ratio)가 지금 계속해서 증가하고 있는데. 정말 종횡비(Aspect Ratio)가 아주 큰 것을 깎다 보면 상하부의 구멍(Hole)의 크기가 달라지거나 이런 걸 어떻게 유지할 거냐 이런 것들이 상당히 큰 도전과제라고 생각을 합니다.
한: 원자층 증착 이런 것도 요즘 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착) 장비가 많이 쓰이고 있는데 식각 쪽에서 그런 기술들이 얘기가 많이 되고 있습니까?
유: 요즘에는 이제 ALE(원자층 식각)라고 해서 Atomic Layer Etching라는 그런 컨셉인데요. 이게 지금 현재 이 컨셉이 최근에 나온 것도 아니고 예전부터 나왔던 컨셉인데. 이제는 미세 패턴화가 되다 보니까 아주 미세화되다 보니까 이제 식각을 할 때 예전과 같은 방식으로 식각을 하는 것의 한계가 있어서 레이어 by 레이어로 쉽게 말해서 레이어 by 레이어로 식각을 하는 그런 개념들. 충분히 식각을 하고 패시베이션하고 식각을 하고 패시베이션을 하는 이런 과정들을 통해서 아주 정밀하게 깎는 그러한 식각 방식들이 요구가 되고 있습니다.
한: 그런 장비도 지금 개발이 되고 있는 건가요?
유: 그런 장비들도 지금 램리서치라든가 해외 식각 장비 업체들은 이런 것도 지금 현재 개발 중에 있는 것으로 알고 있습니다.
한: 아직 공정 라인에 그런 장비가 도입된 건 아니죠?
유: 아직은 도입되기 쉽지가 않은 게요. 이게 식각 속도가 되게 느려요. 그렇다 보니까 생산성이 문제가 되는 거죠. 그러니까 결국에는 생산성이 좋냐 아니면 이게 제대로 식각을 아주 정교하게 하느냐. 이거의 트레이드오프잖아요. 그렇기 때문에 지금 현재에서는 좀 더 기존에 방식이 좀 더 생산성이 좋기 때문에 버티는 거고요. 좀 더 미세화가 되면 식각이 되지 않기 때문에 어쩔 수 없이 가야되는 길인 거죠.
한: 교수님 반도체공학과의 학생들도 올해 1기로 받으셨을 텐데. 이렇게 얘기하면 알아듣습니까?
유: 요즘의 학생들이요. 수준이 많이 좋아진 편입니다. 그래서 왜냐하면 저희도 반도체에 대해서 온 국민이 언론상에서 “디램이 뭐다, 디램이 큰일이 났다. 슈퍼사이클이다” 이런 얘기도 많이 듣고 V-NAND 얘기도 듣고 비메모리 얘기도 너무 많이 접하지 않습니까. 특히 이 학생들은 반도체에 대한 관심이 엄청나게 고등학교 때부터 많았던 친구들이라서 많은 백그라운드를 가지고 있더라고요. 그래서 생각하는 것보다 상당히 포부도 크고 그다음에 반도체에 대한 이해도가 얘기를 해보면 상당한 지식을 갖고 있는 친구들도 많이 있습니다.
한: 지금 말씀해주신 내용을 들어도 말로 말씀을 하시는 걸 듣는 것도 되게 내용을 이해하기에 어려운 내용들인데. 이걸 또 만들고 또 안에서 공정을 하시는 분들도 공정 엔지니어분들이야 당연히 다 이해하고 계실 텐데. 참 정말 반도체 분야는 파고 들어가면 파고 들어갈수록 굉장히 어렵고 쉽지 않은 분야라는 걸 좀 느끼면서 연구하시는 분들을 보면 참 존경심도 드네요. 이런 어려운 것들을 어떻게 생각을, 아니 식각 장비라는 게 처음에 반도체라는 게 대량 생산이 되면서부터 계속 이용되어온 장비 아닙니까?
유: 그럼요. 식각 장비라는 게 처음에는 아까도 말씀드렸다시피 습식 방법으로 했었죠. 그러다가 그게 5마이크로미터(㎛) 패턴 최소 선폭을 가질 때까지는 그게 워킹을 했던 것 같아요. 그다음부터는 이게 불가능한 거죠. 그다음부터 이제 저희가 플라즈마 에칭이라는 식각 장비가 그때부터 도입이 되면서.
한: 도입되기 한참 전부터 어떤 분들은 “이걸 이렇게 하면 식각이 될 거야”라고 생각해서 연구를 계속해왔다는 거 아닙니까?
유: 그렇죠.
한: 종종 나오셔서 한번 저희 쪽에 공정 전반에 대해서 한 번씩 얘기해주시면 좋을 것 같습니다.
유: 언제라도 불러주시면 빨리 달려오겠습니다.
한: 오늘 여기까지 하겠습니다. 교수님 고맙습니다.
유: 감사합니다.
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반도체 식각 공정 관련 국내 기업
식각공정은 노광 공정을 통해 웨이퍼에 각인된 회로 패턴 중에 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분을 깎아 내는 공정입니다. 먼저 감광액이 없는 부분의 산화막을 깎아내고, 최종적으로는 감광액을 제거해서 회로 패턴의 산화막만 남도록 합니다. 이때 99.999% 이상의 고순도의 불화수소(HF)가 사용됩니다. 반도체 공정에서 가장 까다로운 공정으로 얼마나 얇고 깊게 깍아 낼 수 있는 지가 반도체 회사의 기술력을 판가름하는 중요한 기준이 되기도 합니다.
반도체 식각 공정
식각 방식은 습식 식각 방식과 건식 식각 방식이 있습니다. 반도체 제조 공정이 미세화 되면서 최근에는 건식 식각 방식이 대부분 사용되고 있습니다. 두 식각 방식의 특징은 다음과 같습니다.
습식 식각(Wet Etching) 건식 식각(Dry Etching) 용액의 화학적 반응을 통해 식각 기체.이온의 물리적/화학적 반응을 통해 식각 저비용 고비용 단순한 공정 복잡한 공정 빠른 속도 느린 속도 낮은 정밀도 높은 정밀도
식각 공정 장비 관련 기업
다음은 반도체 식각 공정에 사용하는 장비 관련 사업을 하고 있는 국내 기업들입니다.
기업명 관련 제품 기업 개요 피에스케이 – NHM Strip – 동사는 피에스케이홀딩스에서 전공정 장비 부분 분리 설립한 반도체 장비 회사
– PR Strip 장비 글로벌 1위. 시장 점유율 2019년 기준 약 25% 수준.
– 삼성전자, SK하이닉스 등 국내외 글로벌 업체들을 고객사로 확보
– 램리서치(미국), Mattson Tech(중국), 히타치(일본) 등과 경쟁
– 매출구성은 반도체 공정장비류 외 73.87%, 기타 26.13% 주성엔지니어링 – 건식 식각 장비 – 동사는 1993년 4월 13일에 설립되어 1999년 12월 22일에 주식을 코스닥에 상장한 상장회사임. 반도체 제조장비, 디스플레이 제조장비 사업을 영위하고 있음.
– 동사의 단일 사업부문은 생산되는 제품을 산업 및 고객, 제조공정의 특징 등을 고려하여 총 3개의 부문으로 나누어 그 현황을 기재하고 있음.
– 동사가 영위하고 있는 사업인 디스플레이 장비산업은 전방산업인 디스플레이 산업에절대적인 영향을 받고 있음. 기가레인 – LED Etcher
– Drie Etcher
– ICP Etcher
– Nano Imprinter – 동사와 연결기업의 사업부문은 RF통신 사업, 반도체 장비 사업, 중고 반도체 장비 사업으로 구분.
– 반도체 장비 사업부문은 LED공정에 사용되는 ICP 식각장비, Micro/Nano LED 및 Display 공정에 사용되는 나노 임프린터, 그리고 반도체 공정에 사용되는 DRIE 식각장비 사업을 수행.
– RF 통신 사업부문은 국내외 고객을 위한 5G 이동통신용 기지국 안테나 및 RF 커넥터의 제조 시설을 구축을 완료하고 양산 공급중. 에이피티씨 – Poly Etcher
– Metal Etcher – 동사는 반도체 제조 공정 중 식각 공정에 필요한 장비를 제조, 판매하고 있으며 주력 제품은 300mm 실리콘 식각 장비(Poly Etcher)등이 있음.
– 동사가 보유한 적응결합형 플라즈마 소스는 현재 200mm와 300mm 웨이퍼용 반도체 건식 식각 장비의 원천 기술에 적용됨.
– 동사의 원천 기술은 반도제 화학 기상 증착(CVD)와 LCD와 LED, 태양광 제조용 식각장비, 에싱(Asher) 장비에 적용 가능함. 테스 – Dry Etch 장비 – 동사는 반도체 제조에 필요한 전공정 장비(PECVD, LPCVD, Gas Phase Etch&Cleaning 등)의 제조를 주된 사업으로 영위함.
– 2013년 반도체 전공정 장비인 LPCVD와 PECVD의 양산에 성공하였고, 비정질탄소막을 증착하여 신규 PECVD는 반도체 3D NAND 공정에 적용함.
– 주요 매출 구성은 반도체 장비(PECVD,GPE)와 디스플레이 장비(UVC LED 장비 등)으로 88.11% 이루어짐. 예스티 – THC – 동사는 2000년 3월 주식회사 영인테크로 설립되어, 2006년 1월 상호를 예스티로 변경하였으며, 반도체 및 디스플레이 장비, 반도체 부품을 제조하는 기업임.
– 반도체용 열처리 장비를 개발을 시작으로 고온용 열처리 장비 개발을 완료 및 2010년 삼성디스플레이에 장비 공급을 시작으로 디스플레이 사업에 진출함.
– 주요 매출 비중은 환경안전 34.69%, 반도체장비 31.88%, 디스플레이장비 16.06% 로 구성됨. 쎄미시스코 – Smart-EPD – 동사는 2000년 반도체 및 평판 디스플레이 공정장비 제조업 등을 목적으로 설립했으며, 반도체, 디스플레이 생산과정에서 사용하는 플라즈마 진단장비, 유리기판 검사장비를 생산하고 있음.
– 플라즈마 진단장비의 경우 높은 점유율을 유지하고 있으며, 동 제품과 관련된 기술에 대한 특허를 보유하고 있어 후발업체의 진입 장벽은 높음.
– 매출은 전기차사업부 59.98%, 반도체/디스플레이 40.02% 등으로 이루어져 있음. 코디엠 – Etching 장비 – 동사는 1999년 7월 설립되어 반도체 장비, LCD 장비 및 유기발광다이오드 장비의 제조 및 판매 등을 영위함.
– 동사의 주력 제품인 반도체, 디스플레이 장비의 경우 주로 삼성전자의 자회사인 세메스와 삼성디스플레이에 판매하고 있으며, 파이프라인 발굴과 바이오 플랫폼 구축을 신규 사업으로 계획.
– 매출구성은 반도체 85.56%, 기타(단열재 등) 14.44%로 이루어져 있음.
식각 공정 재료 관련 기업
다음은 반도체 식각 공정에 사용하는 재료 관련 사업을 하고 있는 국내 기업들입니다.
기업명 관련 제품 기업 개요 오션브릿지 – CF4, HBr – 2012년 3월에 설립되어, 반도체 공정용 화학재료와 반도체 FAB 설비 장비 생산 및 반도체 제조 공정용 화학제품을 생산하며 공급함.
– 주력 제품으로는 HCDS(절연막)와 TiCl4(축전지, 전극물질) 등 케미칼 소재와 특수가스 (Si2H6, CF4, HBr, GeH4) 보유하고 있으며, 주 고객사는 SK하이닉스임.
– 반도체 증착공정에 적용되는 HCDS와 Low-K 프리커서, 특수가스인 디실란(Si2H6)을 제조함. 네패스 – Metal Etchant – 동사는 반도체 및 전자관련 부품, 전자재료 및 화학제품 제조, 판매를 영위할 목적으로 1990년 12월 27일에 설립된 이후, 1999년 12월 14일 코스닥시장에 상장됨.
– 동사는 반도체 및 전자관련 부품, 재료 및 화학제품 제조, 판매업을 함.
– 동사의 사업분야는 시스템 반도체 첨단 공정(WLP, FOWLP/PLP) 서비스가 주력인 반도체사업과 전자재료사업으로 구분됨. SK머티리얼즈 – 식각용 가스 – 동사는 1982년 11월에 대백물산 주식회사로 설립되어 1998년 상호를 대백신소재로 변경하였고, 1999년 12월 코스닥시장에 상장된 후 세 차례의 상호 변경 후 SK머티리얼즈가 됨.
– 동사는 반도체, 디스플레이, 태양광 전지 제조 공정에 사용하는 특수가스(NF3, WF6, SiH4 등)의 제조, 판매를 주요 사업으로 하고 있음.
– 주요종속회사인 SK에어가스(주)는 산업용, 의료용 가스 등의 제조, 판매하고있음. 후성 – C4F6, CH2F2, CHF3 – 동사는 2006년 11월 23일에 설립되었으며, 2006년 12월 22일 한국거래소 유가증권시장에 상장됨.
– 동사는 냉매가스, 반도체용 특수가스, 2차전지 전해질 소재 ‘LiPF6’ 를 국내에서 유일하게 전문적으로 제조, 판매하는 업체이며, 국내 및 해외 법인을 통해 해당 사업을 영위함.
– 동사는 ‘후성폴란드유한회사’를 신규연결 하여 총 4개의 연결대상 종속회사를 가지고 있음. 동사는 기업집단 ‘후성그룹’에 속해 있는 기업임. 이엔에프테크놀로지 – Ethant(50% HF, BOE, HSN) – 2009년 5월 28일 코스닥시장에 신규상장함.
– 동사는 국내 포토레지스트용 핵심원료를 생산하는 기업이며, 삼성전자 등 주요 반도체 제조사의 포토레지스트의 사용량 증가에 따라 핵심원료의 시장규모도 대폭 확대되고 있음.
– 동사는 2010년 6월에 중국 진출을 목적으로 홍콩에 ENF China Holdings(지분율 90.00%)를 설립했음. 2018년 6월 미국 진출을 위해 ENF USA HOLDINGS(지분율 100%)을 설립함. 원익머트리얼즈 – Etching 공정용 특수가스 – 2006년 12월 1일을 기준 원익홀딩스의 특수가스사업부문을 물적분할 설립함.
– 지배대상기업은 반도체용 특수가스, 일반산업용 가스 및 전구체(프리커서)의 충전, 제조, 정제 및 판매 등을 영위하고 있음.
– 동사가 영위하는 전자재료용 특수가스의 수요분야는 삼성전자 및 SK하이닉스 등의 종합반도체 회사를 중심으로, 삼성디스플레이, 동우화인켐 등 디스플레이 및 LED 제조회사로 분류할 수 있음. 엘티씨 – Polymer Remover – 동사는 2007년 11월 23일에 설립되었으며, 2013년 10월 8일 한국거래소 코스닥시장에 주식을 상장함.
– 동사는 디스플레이나 반도체 제조 공정에 사용되는 공정소재(Process Chemical) 중 하나인 박리액 개발 및 제조를 주력사업으로 진행하고 있음.
– 신규로 추진하고자 하는 사업은 유기 소재 및 나노 세라믹 소재 개발, 판매로 이를 양산하는 연구개발을 진행 중임. 램테크놀러지 – BOE
(Buffered Oxide Etchant)
– Nitride Strip : H3PO4
– Cu Stripper – 동사는 2001년 10월에 설립되어, 반도체용 식각액, 박리액 및 기타 IT 분야 화학소재 등 전방 산업별 핵심 공정 중 사용되는 프로세스 케미컬 제조사업을 주력으로 하고 있음.
– 반도체를 시작으로 디스플레이, LCD, OLED, 2차전지, 태양전지 분야 화학 약품 공급으로 사업을 확장해 왔으며, SK하이닉스, 삼성SDI, 매그나칩, ELK 등 고객사에 공급함.
– 매출구성은 식각액 40%, HYCL폼이 21%로 이루어져 있음. 천보 – Oxalic acid dihydrate – 동사는 2007년 10월 8일에 설립되었으며, 전자소재, 이차전지 전해질 등의 개발, 제조 및 판매를 주요사업으로 하고 있음.
– 동사의 사업분야는 크게 전자소재(LCD식각액첨가제, OLED소재, 반도체공정 소재 등), 2차전지 소재(전해질, 전해액첨가제), 의약품 소재(의약품중간체), 정밀화학 소재임.
– OLED 부문에서 동사는 3원색 중 적색(R) 발광재료 등의 중간체 및 완제품을 생산하고 있음. 솔브레인 – HSN/H3PO4, Poly/PAN/SPIN etchant, S-2, HNPA-1317, FMA-2P, HF/BOE – 동사는 인적분할로 설립된 신설회사로 2020년 8월 재상장하였으며 분할 전 회사인 솔브레인홀딩스의 사업 중 반도체 및 전자 관련 화학재료 제조 및 판매 사업부문을 영위하고 있음.
– 삼성전자, SK하이닉스, LG디스플레이 등 국내 반도체 및 디스플레이 제조사에 공정용 화학 재료 등을 안정적으로 공급.
– 해외시장 진출을 위하여 중국에 반도체 공정재료 생산 및 판매를 위한 현지법인인 솔브레인(시안)전자재료유한공사 설립함.
식각 공정 부품 관련 기업
다음은 반도체 식각 공정에서 사용하는 부품 관련 사업을 하고 있는 국내 기업들입니다.
기업명 관련 제품 기업 개요 하나머티리얼즈 – Silicon : Silicon Ingot, Electrode, Ring
– SiC : CVD-SiC Bulk
– AIN(Aluminum Nitride), Al2O3(Aluminum Oxide) – 동사는 2007년 설립되어, 실리콘 및 실리콘카바이드(SiC) 소재의 일렉트로드와 링 제조 및 판매를 주요 사업으로 영위함.
– 동사의 주요 제품은 반도체 제조공정 중 에칭공정에 사용되는 핵심부품인 실리콘 소재의 일렉트로드와 링 등으로 반도체 칩 생산의 수율과 제품의 성능을 결정하는 고부가가치 부품임.
– 실리콘부품 위주의 사업구조에서 사업 및 제품 포트폴리오를 다각화하고자 실리콘카바이드사업(SiC)을 추진하고 있음. 원익QnC – Quartz : Shield Ring, Focus Ring, Shadow Ring, Wap Ring, Twist Lock 등
– Ceramic : SiC Edge Ring, Capture Ring – 반도체 및 디스플레이 제조에 사용되는 석영제품(쿼츠)와 산업용 세라믹을 제조하는 업체로 2003년 11월 원익으로부터 기업분할로 설립됨.
– 반도체용 석영유리(QUARTZ WARE)는 반도체 제조공정 중 산화, 식각, 이온주입, 화학증착공정에서 Wafer를 불순물로 부터 보호하거나 이송하는 용기로 사용됨.
– 삼성전자, 하이닉스반도체, 페어차일드코리아, 실트론, 매그나칩반도체, 동부하이텍 등과 계약 체결, 수주물량을 받고 있음. 하나마이크론 – Electrode, Focus Ring – 동사는 2001년 8월 23일에 설립되어 2005년 10월 11일에 주식을 코스닥시장에 상장함.
– 동사의 경영진은 재무제표를 승인하는 시점에 연결실체가 예측가능한 미래기간 동안 계속기업으로서 존속할 수 있는 충분한 자원을 보유한다는 합리적인 기대를 가지고 있음.
– 반도체 산업의 BACK-END 분야인 반도체 조립 및 TEST 제품을 주력으로 생산하고 있으며 업계선두의 반도체 패키징 기술을 보유하고 있음. 케이엔제이 – SiC Focus Ring – 동사는 2005년 회사 설립 이후 디스플레이 제조용 장비인 Edge Grinder(엣지그라인더)와 검사장비를 개발 생산해 왔음.
– 2010년 신규사업으로 CVD-SiC(탄화규소) 제품군 분야에 진출 후 LED제조용 SiC 코팅제품 및 반도체 웨이퍼 에칭공정용 소모품인 SiC Focus Ring 등을 생산/공급해옴.
– 동사의 제품은 국내외 디스플레이 메이커를 주 고객으로 하며 최종 소비재인 TV, 노트북, 스마트폰 등에 적용이 가능함. 월덱스 – Silicon : Electrode, Shower Head, Cel Inner, Ring
– Quartz : Ring
– Fine Ceramics : Sapphire, YAS, Silicon Pad
– SiC : Ring – 동사는 반도체 에칭 공정에 사용되는 반도체용 실리콘 전극과 링을 제조 판매 전문회사로 성장하며 이를 바탕으로 파인세라믹부분으로 사업 범위를 확대함.
– 종속회사인 WCQ를 적극 활용하여 고객과 밀접한 관계를 통해 직납 비중 규모 확대와 해외 시장 개척을 통해 국내 뿐 아니라 수출 비중을 확대하고 있음.
– 매출비중은 실리콘 57.1%, 쿼츠 외 42.9%로 실리콘 비중 소폭 증가하는 추세.
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