에칭 장비란?
에칭 장비는 반도체 등의 제조 공정인 에칭 가공에 사용되는 장비입니다.
에칭 가공은 가공 대상의 표면을 절단 또는 용해시켜 가공하는 기술을 말합니다. 에칭 장비는 반도체 웨이퍼 위에 형성된 박막 등을 에칭 가공하여 CPU 등 전자소자 제조에 필수적인 장비입니다.
최근 전자소자의 고기능화에 따라 에칭은 더욱 미세한 가공이 요구되고 있습니다. 공정도 복잡해져 하나의 전자부품을 제조하기 위해 여러 대의 에칭 장비가 사용되는 경우도 많습니다.
에칭 장비의 사용 용도
에칭 장비는 전자기기 제조에 없어서는 안 될 장비입니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.
- PC용 CPU 등 집적회로
- 인쇄 회로 기판
- 액정 디스플레이 패널
- 플라즈마 디스플레이 패널
이들 제조에는 포토리소그래피가 이용되고 있습니다. 포토리소그래피는 감광성 물질을 도포한 위에 빛을 비춰 물체 표면을 가공하는 기술로, 에칭은 포토리소그래피의 한 공정입니다.
에칭 공정에서는 웨이퍼의 산화막에 레지스트가 코팅된 부분은 남고, 레지스트가 없는 부분은 벗겨집니다. 요철이 생기고 패턴이 형성됩니다.
에칭 장비의 원리
에칭 장비는 습식 에칭과 건식 에칭의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
1. 습식 에칭
산 또는 알칼리성 약액을 사용하여 산화막을 녹이는 가공입니다. 한 번에 많은 수의 처리량을 처리할 수 있고, 생산 품질이 안정적입니다.
약액이 비교적 저렴하기 때문에 저렴하게 제조할 수 있습니다. 다만, 에칭 방향이 한 방향으로만 진행되기 때문에 수직 방향의 가공이 불가능하며, 1μm 정도의 가공이 한계입니다.
2. 건식 에칭
건식 에칭은 약액을 사용하지 않는 에칭 가공입니다. 건식 에칭 중 플라즈마 에칭이 가장 널리 사용되고 있습니다. 진공 상태에서 가스를 고전압으로 플라즈마화하는 방법입니다.
플라즈마화 방법에는 유전체 결합형과 마이크로웨이브형 등이 있으며, 모두 고주파 전원을 사용합니다. 생성된 플라즈마로 대상물 표면을 깎아내는 방식으로, 습식 에칭에 비해 가격이 비싼 것이 특징입니다. 하지만 100nm~1000nm의 미세한 홈 가공이 가능합니다.
플라즈마 에칭 외에도 이온 충돌에 의한 이온 에칭과 가스를 이용하는 가스 에칭 등이 있습니다. 모두 진공 장치가 필요합니다.
에칭 장비의 기타 정보
1. 에칭 장비 시장과 점유율
세계 전자기기 시장은 계속 확대되고 있으며, 이를 뒷받침하는 반도체 산업의 중요성은 점점 더 커지고 있습니다. 반도체 세계 시장은 리먼 쇼크 등의 불황을 겪으면서도 확대되는 추세입니다.
최근에는 저장매체를 3D 구조로 만들어 더욱 미세화하는 기술 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 이에 따라 3D화를 위한 핵심 기술로서 에칭 장비의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
에칭장비 소비 시장 규모는 2018년 기준 13,893억 원입니다. 소비 지역별 점유율은 한국(28%), 중국(19%), 일본(19%), 대만(14%), 미국(10%) 순이다. 벤더 국적별 점유율은 2018년 미국(64%), 일본(32%)으로 2018년 기준 미국과 일본 기업이 과점하고 있습니다.
참고: 2031년도 안보무역관리대책 사업
2. 드라이 에칭 장비와 3차원 NAND 시장
드라이 에칭은 미세 가공을 하는 기술 중 하나로, 가공하는 재료에 따라 다양한 장비가 판매되고 있습니다. 다만, 실리콘용이나 금속 배선용 등 주로 반도체나 금속을 대상으로 하는 장비가 주류를 이루고 있습니다. 일반 반도체 공장에서는 절연막 드라이 에칭 장비의 비중이 높습니다.
2015년 이후 지금까지 반도체 제조 장비 중 가장 큰 시장이었던 노광 장비의 시장 규모를 넘어 2017년에는 드라이 에칭 장비의 시장 규모가 107억 달러에 달했습니다.
드라이 에칭 장비의 시장 규모가 급성장하는 이유는 메모리의 3차원 구조화 때문입니다. 미세화가 진행됨에 따라 건식 식각 공정이 증가하면서 플래시 메모리는 3차원 구조로 개발되기 시작했습니다.
3차원 낸드플래시 메모리의 셀을 형성하기 위해서는 다양한 가공이 필요합니다. 특히 채널 홀의 심공 가공이 어려워 장시간의 에칭 공정이 필요합니다. 반도체 메모리 공장에서는 시간당 처리량이 중요합니다. 따라서 건식 식각 장비의 설치 대수를 늘려 처리 능력을 확보합니다.