전 포스팅에서 반도체 제조공정의 준비단계인 웨이퍼 제조와 회로설계에 대해서 알아봤는데요.
이번에는 반도체 제조공정 중에 전공정이라고 할 수 있는 "반도체 8대 공정"에 대해서 알아보겠습니다.
반도체 8대 공정은 반도체가 완성되기까지 거치는 수백 번의 가공 과정을 크게 대표적인 공정으로 구분한 것입니다.
웨이퍼 가공은 크게 전공정과 후공정으로 나눌 수 있습니다.
- 전공정 : 웨이퍼 위에 미세한 반도체 회로를 그리는 과정
- 후공정 : 웨이퍼를 낱개의 칩으로 잘라내 포장하는 과정
여기서 반도체 8대 공정은 전공정을 뜻합니다.
그럼 이제 차근차근 알아보도록 하죠.
1. 산화공정
산화공정은 웨이퍼에 산화막을 입히는 증착 방식으로, Si 기판 위에서 산소와 수증기를 이용하여 막을 형성하는 방식입니다. 산화막의 주요 역할과 용도는 아래와 같습니다.
① 불필요한 부분이 식각 되는 것을 막는 방지막의 역할
② 불순물로부터 실리콘 표면을 보호
③ 웨이퍼 위 배선이 합선되지 않게 구분해주는 절연막 역할
산화막 형성 방법에는 건식산화와 습식산화가 있습니다.
- 건식산화 : 산소 사용, 얇은 막
- 습식산화 : 산소+수증기, 두꺼운 막, 산화막 형성 속도가 빠르다
※ 관련기업
- 피에스케이 : 산화막 제거 (Dry Cleaning)
- AP시스템, 원익IPS : 급속열처리장비
2. 포토공정
포토 공정은 웨이퍼 위에 회로 패턴이 담긴 마스크 상을 올리고 빛을 비춰 회로를 그리는 공정입니다.
포토 공정은 크게 7개의 세부 공정으로 구분됩니다
① 웨이퍼 준비 : 웨이퍼 표면에 HMDS라는 물질을 도포하여 수분을 제거
② 감광액(PR) 도포 : 웨이퍼 위에 소량의 PR을 뿌린 후 빠른 속도로 회전시켜 균일하게 도포하는 방식
③ 소프트 베이크 : 60~100℃에서 액체상태인 PR을 경화하는 과정
④ 노광 : 노광장비를 이용해 회로 패턴이 담긴 마스크에 순간적으로 빛을 통과시켜 웨이퍼에 찍는 과정
⑤ 노광 후 베이크 : PR 원재료 중 하나인 PAC를 확산시켜 PR 표면을 매끄럽고 평탄하게 해 주기 위해 가열 및 건조를 시켜주는 공정
⑥ 현상 : 감광액에 그려진 회로를 현상액으로 씻어내 노광 된 영역과 노광 되지 않은 영역을 선택적으로 제거하고 회로 패턴을 형성하는 작업
⑦ 하드 베이크: 현상 공정 이후 남아있는 수분과 용제 등을 제거하여 PR을 다시 건조하기 위한 공정
감광액은 포토레지스트라고도 하며 포토레지스트 세계 시장은 JSR 스미토모 등 일본 업체가 90% 이상 장악하고 있습니다. 작년 일본이 포토레지스트, 불화수소, 플루오린 폴리이미드등 3개의 품목을 수출 규제했었는데요. 그래서 우리나라에서 국산화를 하려고 많이 노력하고 있습니다. 포토레지스트 관련 국내기업으로는 동진쎄미켐이 있습니다.
※ 관련기업
- 피에스케이 : 반도체 장비 (PR Strip)
- 세메스 : 감광액 도포 장비 (PR COATER)
- 동진쎄미켐 : 감광액(PR)
- 이엔에프테크놀로지 : PR원재료
- 에스앤에스텍 : 포토마스크의 원재료 (Blank Mask)
- 에프에스티, 에스앤에스텍 : 포토마스크용 보호막 (Pellicle)
3. 식각공정
식각 공정은 웨이퍼 위에 형성된 박막의 일부 혹은 전부를 깎아 내려가는 공정입니다. 포토 공정 이후 진행되어 감광액으로 보호되지 않은 영역을 제거하는 용도로 많이 사용되며, 미세 회로 패턴을 형성하는 중요한 공정 중 하나입니다.
식각은 사용 물질에 따라 습식(Wet)과 건식(Dry)으로 나뉩니다.
- 습식 식각 : 화학물질을 통해 불필요한 부분을 부식시키는 방법
- 건식 식각 : 이온과 반응성 기체를 이용하여 물질을 제거하는 방식
식각공정에서 불화수소가 사용되는데요. 불화수소의 역할은 판화 작업에 비유해 설명할 수 있습니다. 판화를 찍어내기 위해서는 목판에 그림을 새긴 뒤 그림을 제외한 나머지 부분을 조각도로 긁어내야 하는데요. 불화수소가 바로 조각도의 역할을 하며 웨이퍼의 불필요한 부분을 긁어내 주는 것이죠. 불화수소는 일본의 수출 규제품목 중 하나이며 빠르게 국산화가 이루어지고 있는 품목입니다. 올 초부터 국내 중견기업인 솔브레인, 램테크놀러지가 일본산과 동일한 초고순도 제품을 만들어 삼성전자, SK하이닉스에 납품하기 시작했습니다. 불화수소 관련 국내 기업으로는 솔브레인, 램테크놀러지, 후성, SK머티리얼즈 등이 있습니다.
※ 관련기업
- 에이피티씨 : 건식식각 장비 (Dry Etcher)
- 티씨케이, 하나머티리얼즈, 케이엔제이 : 에처장비에 사용되는 소모성 부품 (SIC Ring)
- 하나머티리얼즈, 원익QnC, 월덱스 : 에처장비에 사용되는 소모성 부품 (SI/Quartz Ring)
- SK머티리얼즈, 원익머트리얼즈, 후성 : 건식식각
- 솔브레인, 이엔에프테크놀로지 : 습식식각
다음 포스팅에서는 남은 반도체 8공정인
이온주입공정, 증착공정, 연마공정, 세정공정, 금속배선공정을 알아보도록 하겠습니다.
반도체 제조공정 - 반도체 8대 공정/관련주 (전공정/이온주입공정/증착공정/연마공정/세정공정/금속배선공정) (tistory.com)
반도체 제조공정 - 반도체 8대 공정/관련주 (전공정/이온주입공정/증착공정/연마공정/세정공정/
앞 포스팅에서 반도체 8대 공정 중 산화공정, 포토공정, 식각공정을 알아봤는데요. 산화공정은 웨이퍼에 산화막을 입히는 공정 포토공정은 빛을 비춰 회로를 그리는 공정 식각공정은 웨이퍼
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