지난 2월 9일부터 11일까지 500여개의 기업이 2,000여개의 부스 전시에 참여한 'SEMICON Korea 2022'가 개최되었습니다. SEMICON은 국제반도체재료협회(SEMI, Semiconductor Equipment and Materials International)에서 매년 개최하는 세계 최대 규모의 반도체 장비 박람회인데요. 이번 SEMICON Korea 2022는 삼성, SK 하이닉스, DB 하이텍 등 국내 유수 대기업들의 화려한 후원을 받기도 했답니다. 국내 최대 규모의 공학 박람회라니, 참새가 방앗간을 그냥 지나칠 수 없겠죠? 저희 공대상상의 생생한 취재기, 지금부터 시작합니다.
그림 1. SEMICON 인파(좌), 3층 전시홀 입구(우)
2월 9일, 공대상상 부원들은 SEMICON을 관람하기 위해 강남 코엑스를 찾았습니다. 코엑스에 도착하자마자 엄청난 수의 인파가 저희를 맞이했습니다. 1층에서 등록을 마치면 소속과 이름이 적힌 명찰을 받을 수 있었는데요, 명찰을 목에 걸고 바닥에 놓인 레드카펫을 따라 전시장으로 향했습니다.
1. 고급 필터로 웨이퍼 강철 보호! 인테그리스(Entegris)
전시장에 도착해서 가장 먼저 눈에 띈 부스는 인테그리스(Entegris)사의 부스였습니다. 인테그리스는 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 공정에 사용되는 필터를 개발하는 회사입니다. 웨이퍼를 평평하고 깨끗하게 만드는 것을 CMP 공정이라고 하는데요. 웨이퍼(wafer)란 반도체 칩의 바탕이 되는 얇은 실리콘 원판입니다. 웨이퍼가 평평할수록 짧은 파장의 빛을 이용해 웨이퍼에 반도체 회로를 그려 넣을 때 빛의 초점을 맞출 수 있는 범위가 커집니다. 반도체 칩당 소자의 개수가 늘어나면서 대부분의 반도체 개발 과정이 CMP 공정을 거치고 있습니다.
전시장에 도착해서 가장 먼저 눈에 띈 부스는 인테그리스(Entegris)사의 부스였습니다. 인테그리스는 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 공정에 사용되는 필터를 개발하는 회사입니다. 웨이퍼를 평평하고 깨끗하게 만드는 것을 CMP 공정이라고 하는데요. 웨이퍼(wafer)란 반도체 칩의 바탕이 되는 얇은 실리콘 원판입니다. 웨이퍼가 평평할수록 짧은 파장의 빛을 이용해 웨이퍼에 반도체 회로를 그려 넣을 때 빛의 초점을 맞출 수 있는 범위가 커집니다. 반도체 칩당 소자의 개수가 늘어나면서 대부분의 반도체 개발 과정이 CMP 공정을 거치고 있습니다.
그림 2. Entegris 부스 전경
CMP 공정에서는 웨이퍼에 압력을 가하고 슬러리(slurry) 용액을 뿌려서 물리적, 화학적으로 웨이퍼를 연마합니다. 슬러리에 들어 있는 물질이 웨이퍼 표면을 화학적으로 변화시켜 물리적 연마를 보조합니다. 웨이퍼의 오염을 방지하기 위해서는 슬러리에 섞인 불순물을 제거하는 과정이 꼭 필요한데요. 인테그리스는 바로 이때 사용되는 필터들을 개발하고 있습니다. 인테그리스의 각종 필터 제품들은 웨이퍼 위에 슬러리가 도포되기 전에 한 차례 걸러내는 역할을 합니다. 필터가 잡아내는 불순물의 크기가 수 나노미터 수준이라고 하니, 정말 어마어마하죠? 실제 공정에서 매우 엄밀한 필터링을 요구하기 때문에, 인테그리스는 고성능의 필터를 개발하기 위해 연구를 거듭하고 있습니다.
그림 3. Entegris 필터 제품군
2. 하나부터 열까지 직접 만드는 일당백 이노맥스(INNOMAX)
반도체 하나를 제작하는데 보통 수십, 수백 가지의 장비들이 사용됩니다. 사용되는 장비의 종류가 워낙 많다 보니, 하나의 회사가 모든 장비를 제작하기보다는 한 가지 기술을 집중적으로 개발하는 경우가 많습니다. 앞서 소개한 인테그리스가 CMP 공정에 사용되는 필터를 담당하는 것처럼 말이죠. 그런데 여러 장비들을 독자적으로 개발할 수 있는 기술력을 가진 회사도 존재합니다. 화성시에 위치한 국내 기업인 이노맥스(INNOMAX)가 바로 그렇습니다.
반도체 하나를 제작하는데 보통 수십, 수백 가지의 장비들이 사용됩니다. 사용되는 장비의 종류가 워낙 많다 보니, 하나의 회사가 모든 장비를 제작하기보다는 한 가지 기술을 집중적으로 개발하는 경우가 많습니다. 앞서 소개한 인테그리스가 CMP 공정에 사용되는 필터를 담당하는 것처럼 말이죠. 그런데 여러 장비들을 독자적으로 개발할 수 있는 기술력을 가진 회사도 존재합니다. 화성시에 위치한 국내 기업인 이노맥스(INNOMAX)가 바로 그렇습니다.
그림 4. INNOMAX 부스 전경(좌), 스핀 코팅 장비 작동 영상(우)
이노맥스는 웨이퍼를 관리하는 과정에서 사용되는 장비 전반에 대한 개발을 진행하고 있습니다. 웨이퍼 위를 액체로 코팅하는 장비 ‘Astro’, 웨이퍼의 세정 및 건조에 사용되는 ‘Thetis’, 마지막으로 웨이퍼를 분할하고 접합하고 정렬하는 등의 작업을 수행하는 장비 ‘Sorter’ 등이 이노맥스의 주력 제품입니다. 이노맥스의 부스에서는 실제 장비가 작동하는 영상을 공개했는데, 공대상상 부원들이 잠깐 넋을 잃고 바라보고 있었을 정도로 신기한 경험이었답니다.
3. 결함 쏙쏙 잡아내는 족집게, 하마마츠(HAMAMATSU)
저희는 다음으로 하마마츠(HAMAMATSU)사의 부스를 찾아갔습니다. 하마마츠는 광학 장치를 다루는 일본 제조업체로, 반도체 후공정에 사용되는 검수 장비를 개발하고 있습니다. 반도체 제조 공정은 전공정과 후공정으로 나뉘는데요. 전공정에서는 웨이퍼를 연마하고 회로를 그려서 반도체를 만들고, 후공정에서는 만든 반도체를 검수하고 포장합니다. 앞서 등장했던 CMP 공정은 반도체 전공정에 속하겠죠?
저희는 다음으로 하마마츠(HAMAMATSU)사의 부스를 찾아갔습니다. 하마마츠는 광학 장치를 다루는 일본 제조업체로, 반도체 후공정에 사용되는 검수 장비를 개발하고 있습니다. 반도체 제조 공정은 전공정과 후공정으로 나뉘는데요. 전공정에서는 웨이퍼를 연마하고 회로를 그려서 반도체를 만들고, 후공정에서는 만든 반도체를 검수하고 포장합니다. 앞서 등장했던 CMP 공정은 반도체 전공정에 속하겠죠?
그림 5. HAMAMATSU 부스 전경
반도체에 열과 전압을 가하면 내부에 있는 전자가 에너지를 얻고 튀어나오게 되는데, 이것을 열방출(thermal emission)이라고 합니다. 따라서 열방출 이미지를 추출하면 만들어진 반도체의 모양을 알 수 있답니다. 하마마츠의 검수 장비는 전공정을 마친 웨이퍼의 열방출 이미지를 배선 설계 위에 겹쳐서 결함 여부를 확인합니다. 이때 ‘PHEMOS-1000’이라는 레이저 공초점 현미경을 활용합니다. 공초점 현미경은 핀홀이라는 조리개를 통해 대물렌즈의 초점에 맞는 한 점에서의 빛만이 광검출기에 도달하도록 하는데, 광원이나 관측 대상의 위치를 이동시키면서 각 점에서의 정보를 얻어 조합하면 고해상도 3차원 영상을 얻을 수 있습니다. 이 기술은 후공정의 어떤 순서에서도 결함을 찾아낼 수 있어 매우 유용합니다.
그림 6. 공초점 현미경 원리
4. 불순물은 모조리 없애주지! 엠티아이(MTI)
다음으로 방문한 엠티아이(MTI) 또한 반도체 후공정에서 사용되는 물질을 개발하는 기업이었는데요. 앞선 하마마츠가 반도체의 결함 여부를 확인하는 장비를 담당했다면, 엠티아이는 외부 불순물로부터 반도체를 보호하는 데에 집중하고 있습니다. 계면활성제 ‘Hyper-Pro’와 코팅 용액 ‘Hyper-Star’가 엠티아이의 주력 제품입니다.
반도체는 나노 미터 스케일에서 다루어지기 때문에 매우 세심하게 세정되어야 합니다. 반도체의 각 제조 공정 전후에 진행되는 불순물 제거 및 세척 작업에는 초순수가 사용되는데요. 초순수(Deionized water)란 고형 미립자 수, 균 수, 유기물량 등을 극히 줄여 전기전도도가 매우 낮은 완전히 깨끗한 상태의 정제수를 말합니다.
여러분, 물과 기름이 섞이지 않는다는 이야기를 많이 들어 보셨죠? 물 분자는 극성이고 기름 분자는 극성을 갖지 않기 때문이에요. 그렇다면 물과 기름은 상호작용할 수 없는 것일까요? 둘의 사이를 중재하기 위해 서로 성질이 다른 두 물질이 섞이게 하는 물질이 발명되었는데, 이것을 계면활성제라고 부릅니다. 일상에서 쓰이는 비누, 세제가 바로 계면활성제입니다. 계면활성제는 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 데에도 사용됩니다. 초순수와 불순물은 물과 기름처럼 서로 섞이지 않지만, 초순수에 계면활성제를 용해하면 불순물을 세척 과정에서 제거할 수 있게 됩니다. 엠티아이는 바로 이때 사용되는 계면활성제 Hyper-Pro를 개발하였습니다.
다음으로 방문한 엠티아이(MTI) 또한 반도체 후공정에서 사용되는 물질을 개발하는 기업이었는데요. 앞선 하마마츠가 반도체의 결함 여부를 확인하는 장비를 담당했다면, 엠티아이는 외부 불순물로부터 반도체를 보호하는 데에 집중하고 있습니다. 계면활성제 ‘Hyper-Pro’와 코팅 용액 ‘Hyper-Star’가 엠티아이의 주력 제품입니다.
반도체는 나노 미터 스케일에서 다루어지기 때문에 매우 세심하게 세정되어야 합니다. 반도체의 각 제조 공정 전후에 진행되는 불순물 제거 및 세척 작업에는 초순수가 사용되는데요. 초순수(Deionized water)란 고형 미립자 수, 균 수, 유기물량 등을 극히 줄여 전기전도도가 매우 낮은 완전히 깨끗한 상태의 정제수를 말합니다.
여러분, 물과 기름이 섞이지 않는다는 이야기를 많이 들어 보셨죠? 물 분자는 극성이고 기름 분자는 극성을 갖지 않기 때문이에요. 그렇다면 물과 기름은 상호작용할 수 없는 것일까요? 둘의 사이를 중재하기 위해 서로 성질이 다른 두 물질이 섞이게 하는 물질이 발명되었는데, 이것을 계면활성제라고 부릅니다. 일상에서 쓰이는 비누, 세제가 바로 계면활성제입니다. 계면활성제는 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 데에도 사용됩니다. 초순수와 불순물은 물과 기름처럼 서로 섞이지 않지만, 초순수에 계면활성제를 용해하면 불순물을 세척 과정에서 제거할 수 있게 됩니다. 엠티아이는 바로 이때 사용되는 계면활성제 Hyper-Pro를 개발하였습니다.
그림 7. Hyper-Pro 원리
엠티아이의 또다른 제품, 웨이퍼 코팅 용액 Hyper-Star는 반도체 후공정에서 웨이퍼를 보호하기 위해 개발되었습니다. 용액은 반도체 전공정이 끝난 후 웨이퍼 전면에 균일하게 코팅되어 차단 막을 생성합니다. 이 보호층은 웨이퍼를 반도체 칩으로 분할하는 다이싱(wafer dicing[sawing]) 공정에서 발생하는 열이 웨이퍼에 흡수되는 것을 완화하고 웨이퍼의 손상과 오염을 방지하는 역할을 합니다. 특히 Hyper-Star은 빠른 코팅 속도와 고투명도를 자랑합니다.
불순물의 유입을 차단하는 기술을 개발하기 위해 이렇게 노력하고 있다니, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 보호가 얼마나 중요한지 느껴지시나요?
그림 8. MTI 부스 전시
5. 관리 감독은 내게 맡겨, 링크 제니시스(LINK GENESIS)
공대상상에서 마지막으로 방문한 링크 제니시스는 소프트웨어 개발 업체였습니다. 왜 반도체 장비 박람회에 소프트웨어가 갑자기 등장하느냐고요? 현재 대부분의 반도체 제조 공정은 사람이 아닌 기계가 도맡고 있습니다. 이처럼 제조 공정을 자동화하기 위해서는 자재에 대한 데이터베이스를 구축하고 각 공정에 맞게 시스템을 조직해야 합니다. 링크 제니시스의 생산관리 프로그램 MES가 바로 이 역할을 하고 있는데요. 생산 장비와 생산관리 프로그램이 원활하게 데이터를 주고받으려면, 기업별 통신 및 장비 동작 방식이 통일되어야 합니다. 그래서 국제반도체협회에서는 반도체 장비 간 통신 표준인 SECS를 지정하였습니다. 링크 제니시스는 국내 최초로 이 SECS 규약을 반영한 소프트웨어를 상용화하는 쾌거를 이루었습니다. 통신 서비스, 드라이버, 프레임워크 등의 형태로 프로그램을 제공하고 있지요. 대표적인 제품으로는 실시간으로 기기들과 통신 및 감독이 가능한 뷰어 프로그램, 손상된 웨이퍼를 더미(쓰레기)로 분류할지 재사용할지 결정하는 소프트웨어 툴 등이 있습니다. 생산관리 소프트웨어에 오류가 발생하면 반도체 제조 공정에도 큰 문제가 생기겠죠? 링크 제니시스는 앞선 기업들의 장비와 기술을 지휘하는 똑똑한 반장을 개발하고 있답니다.
공대상상에서 마지막으로 방문한 링크 제니시스는 소프트웨어 개발 업체였습니다. 왜 반도체 장비 박람회에 소프트웨어가 갑자기 등장하느냐고요? 현재 대부분의 반도체 제조 공정은 사람이 아닌 기계가 도맡고 있습니다. 이처럼 제조 공정을 자동화하기 위해서는 자재에 대한 데이터베이스를 구축하고 각 공정에 맞게 시스템을 조직해야 합니다. 링크 제니시스의 생산관리 프로그램 MES가 바로 이 역할을 하고 있는데요. 생산 장비와 생산관리 프로그램이 원활하게 데이터를 주고받으려면, 기업별 통신 및 장비 동작 방식이 통일되어야 합니다. 그래서 국제반도체협회에서는 반도체 장비 간 통신 표준인 SECS를 지정하였습니다. 링크 제니시스는 국내 최초로 이 SECS 규약을 반영한 소프트웨어를 상용화하는 쾌거를 이루었습니다. 통신 서비스, 드라이버, 프레임워크 등의 형태로 프로그램을 제공하고 있지요. 대표적인 제품으로는 실시간으로 기기들과 통신 및 감독이 가능한 뷰어 프로그램, 손상된 웨이퍼를 더미(쓰레기)로 분류할지 재사용할지 결정하는 소프트웨어 툴 등이 있습니다. 생산관리 소프트웨어에 오류가 발생하면 반도체 제조 공정에도 큰 문제가 생기겠죠? 링크 제니시스는 앞선 기업들의 장비와 기술을 지휘하는 똑똑한 반장을 개발하고 있답니다.
그림 9. LINK GENESIS 부스 전경
이렇게 저희의 SEMICON 취재기는 끝이 났습니다. 여러분은 어떠셨나요? 오늘 소개한 곳 외에도 우리나라의 수많은 기업들이 반도체 기술 발전을 위해 노력하고 있습니다. SEMICON Korea 2023은 내년 2월 1일부터 3일까지 진행된다고 해요. 또 어떤 새로운 기술이 세상을 놀라게 할지 정말 기대되지 않나요? 더 먼 미래에는 공학도가 된 여러분과 함께하기를 희망합니다. 그럼 다음에 또 만나요!
- 참고문헌
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- [1] 김욱환, “다공성 슬러리 연마재를 이용한 화학적 기계적 평탄화 공정 능력 향상 및 응용”, 2018
- [2] 천완희 외 3인, "고속 3차원 측정 및 칼라 이미징을 위한 다중 광탐침 공초점 주사 현미경", 반도체디스플레이기술학회지 7.1, 2008, 11-16
- [3] 최승현 외 6인, "반도체 제조 공정 내 웨이퍼 결함 패턴 관련 핵심 설비 탐색", 한국품질경영학회 춘계학술발표논문집, 2020, 18-18
- [4] "MIT-사업분야-소재&부품", MIT, n.d., www.mtisemi.com/product05-mac-series.php. 2022년 5월 1일 접속.
- [5] "링크제니시스 SECS / GEM 프로토콜 관련 XComPRO XGemPRO 솔루션 안내", 링크제니시스, 2021년 6월 1일, blog.naver.com/linkgenesis/222379043107. 2022년 5월 1일 접속.
- [6] "LINKGENESIS-스마트팩토리-제품", LINKGENESIS, n.d., www.linkgenesis.co.kr/KR/SmartFactory/SmartFactory_Product_List.aspx. 2022년 5월 1일 접속.
- 그림출처
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그림 1, 그림 2, 그림 3, 그림 4, 그림 5, 그림 8, 그림 9. 공대상상 자체 촬영 이미지
그림 6. 나노종합기술원, www.nnfc.re.kr
그림 7. MTI 블로그, blog.naver.com/mtiecoinnovation/222346212202