반도체 전공정 장비 동향

반도체 부품 및 장비 관련주가 크게 상승하고 있다. 이번에는 반도체 전공정 장비를 검토하여 보았다.

 

반도체 주요 전공정 과정

증착공정 : 웨이퍼 위에 박막을 입히는 공정

- 증착공정은 얇은 막을 입히는 도금기술로 보면 됨

 

노광공정 : 마스크의 그려진 회로패턴을 웨이퍼로 옮기는 공정

- 마스크의 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로 패턴을 복사하는 공정

회로 선폭 미세화의 열쇠는 웨이퍼에 회로 패턴을 그리는 리소그래피 공정에 있다. 리소그래피 공정의 핵심은 바로 노광이다. 노광은 설계 패턴이 새겨진 마스크 원판에 빛을 쪼이고 마스크를 통과한 빛은 웨이퍼에 그대로 복사되어 회로 패턴이 만들어 지는 과정을 의미한다.

 

식각공정 : 웨이퍼에 그려진 회로패턴을 정밀하게 완성하는 공정

- 웨이퍼의 불필요한 부분을 화학물질 혹은 반응성 가스를 사용하여 선택적으로 제거하여 반도체 회로패턴을 만드는 공정

 

반도체 공정은 덮고(증착), 찍고(노광), 깎고(식각) 등의 반복된 과정임

웨이퍼에 얇은 옷을 입히는 증착공정(deposition)

사람의 손톱보다 작고 종이만큼 얇은 반도체 칩에는 미세하고 수많은 층(layer)이 존재합니다. 마치 고층 빌딩처럼 높고 견고하게 쌓여 복잡한 구조를 이루고 있는데요.

이러한 구조를 형성하기 위해서는 반도체의 원재료가 되는 단결정 실리콘(Si) 웨이퍼 위에 단계적으로 박막을 입히고 회로를 그려 넣는 포토공정을 거쳐 불필요한 부분을 선택적으로 제거하는 식각공정과 세정하는 과정을 여러 번 반복하게 됩니다.

이때 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 얇은 막을 박막(Thin film)이라고 합니다. 이번 시간에는 이런 박막을 만드는 증착공정과 반도체가 전기적인 특성을 갖도록 만드는 일련의 과정에 대해 살펴보겠습니다.

박막을 얼마나 얇고 균일하게 입혔느냐가 반도체의 품질을 좌우할 정도로 증착공정은 중요합니다. 미래에는 머리카락 수백만 분의 1 크기의 반도체 회로 구조가 전기적 성격을 가지도록 하기 위해, 더욱 얇고 균일하게 박막이 형성되도록 하는 증착기술이 필요할 것입니다.

사전적 의미로 ‘박막(thin film)’이란 단순한 기계 가공으로는 실현 불가능한 1마이크로미터(μm, 100만 분의 1미터) 이하의 얇은 막을 뜻합니다. 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 박막을 입히는 일련의 과정을 증착(Deposition)이라고 하는데요. 두께가 워낙 얇기 때문에 웨이퍼 위에 균일하게 박막을 형성하기 위해서는 정교하고 세밀한 기술력을 필요로 하죠.

증착의 방법은 크게 두 가지로 나뉘는데요. 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)입니다.

물리적 기상증착방법(PVD)는 금속 박막의 증착에 주로 사용되며 화학반응이 수반되지는 않습니다. 한편 화학적 기상증착방법(CVD)는 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착 시키는 방법인데요. 도체, 부도체, 반도체의 박막증착에 모두 사용될 수 있는 기술입니다.

현재 반도체 공정에서는 화학적 기상증착방법(CVD)를 주로 사용하고 있습니다. 화학적 기상증착방법(CVD)은 사용하는 외부 에너지에 따라 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 CVD로 세분화되는데요. 특히 플라즈마 CVD는 저온에서 형성이 가능하고 두께 균일도를 조절할 수 있으며 대량 처리가 가능하다는 장점 때문에 가장 많이 이용되고 있습니다.

증착공정을 통해 형성된 박막은 크게 회로들 간 전기적인 신호를 연결해주는 금속막(전도)층과 내부 연결층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단시켜주는 절연막층으로 구분됩니다.

(자료 : 삼성전자)

 

증착공정(Deposition)이란?

-반도체 공정은 웨이퍼 위에 얇은 막을 입히고 깎는 과정을 수백회 반복하게 된다. 이 부분에서 얇은 막을 입히는 것이 증착공정이다.

- 웨이퍼 표면에 얇은 박막(Thin film)을 입히는 공정

. 박막 : 1마이크로미터(μm, 100만 분의 1미터) 이하의 얇은 막

- 웨이퍼에 특정 용도막(산화막, 절연막)을 증착하는 공정

 

주요 증착 기술 (PVD, CVD, ALD)

PVD(Physical Vapor Deposition) : 물리적 기상증착법

- PVD는 금속 박막의 증착에 주로 사용되며 화학반응이 수반되지 않음

CVD(Chemical Vapor Depostion) : 화학적 기상증착법

- CVD는 가스의 화학 반응을 이용하여 증착하는 공정

- PECVD(Plasma Enhanced CVD, 플라즈마기상증착장비)와 LPCVD(Low Pressure CVD)로 구분됨

* PECVD : 반응시킬 기체를 주입 후 높은 전압을 걸어 플라즈마 상태로 만들어 400도 온도를 가하면 필요한 물질은 웨이퍼에 쌓이고 나머지 이온들은 기체로 배출

 

ALD(Atomic Layer Depostion) : 원자층 증착법

- ALD는 PVD,CVD 대비하여 박막두께조절(얇은 막 형성 가능)과 균일성에 장점 보유

- ALD는 웨이퍼 표면에서만 화학 반응을 유도함

- 싱글 타입, 배치 타입 등이 개발되고 있음

- EUV 장비가 확대되면 ALD 장비의 수요도 높아 질 것

 

DRAM과 NAND의 미세공정 확대로 증착공정 수요 증가

- 미세공정이 확대되면서 증착 공정의 난이도가 커지고 있음

 

글로벌 증착장비 점유율(2016년)

- 1위 : Applied Materials(AMAT, 미국) 41% 점유

- 2위 : Lam Research(미국) 16%

- 3위 : Tokyo Electron(TEL, 일본) 14%

 

주요 증착장비 관련주

LPCVD : TEL, 램러시치, AMAT, 유진테크 등

* LPCVD 시장점유율 : TEL 41%, 램러시치 40%, AMAT 13%, 유진테크 5% 등

 

PECVD : AMAT, 램리서치, TEL, 원익IPS, 테스, 주성엔지니어링 등

 

싱글 ALD : ASML, 램리서치, 원익IPS, 주성엔지니어링, AMAT, 유진테크 등

* 싱글 ALD 시장점유율 : ASML 40%, 램리서치 27%, 원익IPS 12%, 주성엔지니어링 12%, AMAT 3%, 유진테크 3% 등

 

 

배치 ALD : TEL(시장 점유율 100%)

-유진테크 : 배치 ALD 장비 개발하여 고객사와 납품 협의(2019.11.13)

 

 

 

 

 

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