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  1. 2020.05.28 반도체 핵심소재, SKC에서 국산화 시동 겁니다. 부릉부릉~~♬

SKC에서 국산화 시동 겁니다. 부릉부릉~~♬



반도체 집적회로의 성능이 18개월 마다 2배로 증가한다는 무어의 법칙(Moore’s Law)에 따라, 반도체 시장이 기하급수적으로 성장하고 있는 만큼 반도체에 깊은 관심을 가지게 된 분들 많으시죠? 오늘은 반도체 덕후들의 귀가 확 트이는 소식을 들고 왔습니다. 바로 반도체의 핵심 소재로 사용되는 ‘블랭크마스크’가 국산화의 시동을 걸고 있다는 소식입니다. 그간 블랭크마스크는 수입에 의존해왔던 터라 희소식이 아닐 수가 없네요. SKC의 이형주 PL님과 함께 생생한 국산화 현장으로 가볼까요?


SK Careers Editor 김정원



안녕하세요. SKC 블랭크마스크 추진실에서 Backend 공정을 담당하고 있는 이형주 PL입니다. 블랭크마스크 제작 공정은 크게 증착, 세정, 검사. 계측, QA(Quality Assurance)로 나눌 수 있는데, 저는 이 중에서 검사, 계측, 그리고 QA 공정을 담당하고 있습니다.

 


반도체 공정의 핵심소재인 블랭크마스크는 반도체칩에 회로를 새기는 노광공정(Photolithography)에 쓰이는 포토마스크의 원판입니다. 


반도체 제작 원리를 간단하게 설명하면, 블랭크마스크에 반도체 회로패턴을 그려 포토마스크를 만들고, 그 후 노광 공정을 통해 포토마스크를 통과한 빛이 웨이퍼 위에 닿을 때 회로 패턴이 새겨지게 됩니다. 포토마스크가 도장이면, 블랭크마스크는 도장을 새기기 위한 원목인 샘이죠.


반도체용 블랭크마스크의 제작은 석영의 쿼츠기판 위에 해상력을 향상시키기 위한 위상 반전막, 웨이퍼 노광에서 빛을 차광할 수 있는 금속 차광막, 그리고 포토마스크 제작 시에 전자빔으로 노광된 회로 패턴이 반응할 수 있는 감광막을 수십에서 수천 Å 두께의 박막으로 다층 증착하여 제작하게 됩니다.


SKC가 블랭크마스크 사업을 준비하기 시작한 것은 3년 전으로 거슬러 올라갑니다. 국내 반도체 제작 기술의 향상에 따라 포토마스크에 대한 개선/개발이 꾸준히 요구되어 왔으나, 소수 일본 업체가 독점적으로 공급하다 보니 요구 사항이 적절히 반영되기 어려운 구조를 가지고 있어 국내 업체 진입이 시급한 상황이었죠. 이러한 시장 상황을 고려하여, 동사에서는 선단 반도체공정에 필요한 블랭크마스크 국산화를 위한 투자를 과감히 결정하게 되었습니다.


물론 앞서 언급한 바와 같이 블랭크 마스크는 반도체 노광공정에 필요한 포토마스크의 원천 소재로서, 블랭크 마스크가 없이는 대량의 반도체 생산이 불가능합니다. 따라서 근년 일본의 수출 규제는 동사의 국산 블랭크마스크 개발 동력확보와 사업 가속화를 가능하게 된 이유가 되기도 합니다.



기술적인 국내 소재산업기술의 역량 부족도 있었겠지만 최초 국내 반도체 산업의 시작과도 연관이 있다고 보는데요. 당시에 선진 해외 기술과 장비 그리고 소재들을 이용해 시작할 수밖에 없었기 때문이라고도 할 수 있겠습니다. 


미세 반도체 제조 과정은 매우 까다로워서 블랭크마스크의 각 박막층이 가지는 광학적, 물리적 특성이 반도체 제작 공정을 Setup하는데 있어 매우 민감하게 작용합니다. 트렌지스터 또는 로직 반도체 칩을 제작하기 위해서는 수십 개의 포토마스크가 필요하며, 각 레이어 특성 및 조건에 따라 다양한 특성을 가지는 블랭크마스크가 필요하게 됩니다. 


따라서 최적의 공정개발을 위해서는 각 칩 메이커와 블랭크마스크 업체와의 기술적 협업이 매우 중요하죠. 대량으로 생산되는 반도체의 특성상, 한 번 정해진 공정 및 소재들을 바꾸기는 쉽지 않습니다. 변경 시 감수해야 할 공정변동에 대한 리스크가 크고, 변경된 소재를 평가하는 인력과 개발 시간도 많이 필요하게 됩니다. 또한 차세대 공정 미세화를 진행할 때에도 기존에 Setup되어 있는 검증된 공정을 기반으로 하는 것이 개선을 하기가 용이하기 때문에 더욱 그렇지요.


그러나 최근의 반도체 미세화는 선폭의 감소를 넘어서 반도체 구조의 변경과 같은 큰 기술적 변화가 필요한 시점이며, 이를 위해서는 블랭크마스크 역시 최적의 구조와 성능 요구에 발빠르게 대응해야 할 필요성이 강조되고 있습니다. 특히 전량 소수의 일본 업체가 독점하고 있는 하이앤드 블랭크마스크의 경우 각 칩 메이커의 요구에 적기 대응이 불가능하게 되었죠. 따라서 SKC의 하이앤드 블랭크마스크 국산화는 국내 반도체 개발에 필요한 니즈를 적기에 대응할 수 있으며, 최근 불거진 일본 수출규제에 따른 국내 반도체 업계의 불안을 해소할 수 있을 것으로 생각합니다.


 



위 그림을 보시면, 박막 증착을 위해 진공의 챔버 내로 주입된 (Ar을 포함한 다양한) 반응가스가 강한 전압에 의해 이온화되어 성막하고자 하는 Target 물질과 충돌할 때 발생된 입자들이 Substrate에 증착되는 과정이 나와있습니다. 여기서 핵심은 금속막과 감광막과 같은 박막을 Å의 단위로 컨트롤하여 수십에서 수천 Å으로 얇고 균일하게 도포할 수 있어야 고품질 블랭크마스크 제조가 가능하다는 것입니다. 따라서 이러한 고도의 Sputtering 기술이 저희 회사의 핵심 기술이 되겠네요.


또한 반도체 공정의 특성상 극한의 청정 기술이 필요한데, 100nm 이하의 Defect(입자, 오염, 박박 표면의 거칠기 등) 컨트롤 기술이 수반되어야 합니다. 이러한 Defect들은 블랭크마스크에 반도에 회로를 형성할 때 회로의 불량을 가져올 수 있기 때문입니다. 이를 위해 수십 nm의 Defect를 제거할 수 있는 세정 기술과 이를 정확히 검사할 수 있는 검사 기술이 필요하구요. 아울러 박막의 두께와 광학적 물성을 수치화 할 수 있는 계측기술 역시 중요합니다.


현재 10nm급 이하 반도체에 사용 가능한 시제품을 개발 완료하였으며, 국내 수요기업과 테스트를 진행하고 있습니다. 평가결과를 바탕으로 수요기업의 요구에 적기 대응하여 하반기 양산제품을 공급하는 것을 목표로 진행 중에 있습니다.


앞서 간단히 기술적 설명을 드렸는데, 미세 박막을 다루는 특성상 기본적으로 기초 물리/화학적인 전공 지식이 필요할 것 같고, 반도체 전반에 대한 이해도가 있으면 업무에 도움이 되겠습니다.특히 포토마스크 공정, 더 나아가 Wafer의 기본 8대 공정의 이해도가 필요하겠네요.

 


전문적으로는 박막을 증착하는 기술, Defect을 제거할 수 있는 세정 기술, 광학을 기본으로 한 검사, 계측기술의 경험과 이해가 중요하겠고, Data를 분석하여 유의미한 결과를 도출할 수 있는 통계적 지식과 이해가 있다면 현업을 하는데 있어서 도움이 될 것으로 보입니다.


개인적으로는 업무를 하면서 Work Smart, 워라밸(Work-Life Balance)을 위해 Data를 효과적으로 분석할 수 있는 코딩능력이 있다면 금상첨화이겠네요. 물론 향후 양산 진행 시 공정 자동화 측면에서도 필요한 업무 능력이 되겠습니다.


 블랭크 마스크 시장규모는 매년 커지고 있습니다. 현재 전 세계적으로 진행되고 있는 IOT(사물인터넷), 4차 산업의 핵심은 반도체이기 때문에 반도체 제작의 핵심 소재인 블랭크마스크 사업의 전망을 밝을 수밖에 없습니다. 또한 반도체 공정의 미세화가 진행될수록 고 해상력에 필요한 특수 블랭크마스크의 개발 요구는 증가되고 있습니다. SKC의 진공증착기술 경험과 초청정 무진관리 경험을 바탕으로 고객사의 공정 특성에 최적화된 고품질의 맞춤형 블랭크마스크를 적시기에 안정적으로 공급할 수 있는 개발과 양산체계를 갖추는 것을 목표로 하고 있습니다.



블랭크마스크의 국산화가 국내 반도체 시장에 끼칠 긍정적인 영향이 어마어마하네요. 국산화 시동을 거는 것뿐만 아니라 저는 액셀을 밟는 것도 찬성입니다! 올해 안에 상업화까지 성공하기를 바라며, 저희는 다음 기사에서 또 만나요!


Posted by SK Careers Journal skcareers

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