.

1. 포토공정(노광공정, Photo Lithography)이 무엇인지부터.

반도체 공정하면 가장 먼저 주목을 받는 키워드 중 하나는 포토 공정(노광공정, Photo Lithography) 입니다. EUV도 이 포토 공정을 위한 기술이기 때문에 EUV를 잘 이해하기 위해서 먼저 포토 공정에 대해 파헤쳐 보도록 하겠습니다.

A. 조각을 위한 밑 그림 포토공정.

조각이나 재단을 위해 우리가 가장 먼저 하는 것은 바로 밑그림을 그리기 입니다. 원하는 곳을 정확하게 자르거나 파기 위해 미리 그림을 그려 놓는 것이죠. 포토 공정의 목적은 이 밑그림 그리기와 같습니다. 반도체 공정은 쌓고 깎는 활동의 반복이라고 할 수 있는데, 포토 공정을 통해 우리가 깎고자 하는 곳에 밑그림을 그려 놓는 것입니다.

B. 밑 그림을 찍는다 찰칵

실 생활에서 우리는 밑그림을 그릴 때 보통 팬과 같은 도구를 이용하여 그려 넣습니다. 하지만 포토 공정은 그 이름에 걸맞게 빛으로 필름에 장면을 찍어내는 사진의 방식으로 진행됩니다. [그림1] 처럼 빛을 이용하는 것이죠.

그리고 싶은 모양을 얇은 판으로 제작하고 그 판을 통해 빛을 막거나 투과 시켜 원하는 곳에 밑그림을 현상 시키는 것이죠. 여기서 사용하는 얇은 판을 우리는 마스크 혹은 Reticle이라고 부릅니다.

그러나 종이에 빛을 비춰 그림자를 만든다고 그 그림자가 종이에 그림처럼 새겨지지는 않습니다. 들어온 빛을 그림처럼 남기려면 사진에서의 필름 역할을 할 무언가가 필요하죠. 포토공정에서 빛을 비추기 전 도포하는 PR(Photo Resist,감광액)이 바로 그런 역할을 하게 됩니다. PR은 빛에 반응해 성질이 변화하는 감광액의 일종인데요. 그림[2]처럼 깎고 싶은 물질 위에 PR을 도포한 후 마스크를 통과한 빛을 비추면 빛을 받은 영역의 PR과 받지 않은 영역의 PR간의 성질 차이가 생기게 됩니다. 그리고 이렇게 생긴 성질 차이를 이용해 PR의 두 영역 중 필요한 영역만을 남기고 제거하는 Develop과정을 거치게 됩니다. 최종적으로 마스크에 새겨진 모양이 PR로 남겨지게 되게 되는 것이죠. 이 일련의 과정을 마스크의 모양(Pattern)을 깎고자 하는 물질 위에 현상한다고 해서 패터닝(Patterning) 이라고 합니다.

패터닝을 한 후에는 물질을 깎는 공정인 식각(Etch) 공정을 진행하게 됩니다. 이때 전면을 동시에 깎아내게 되는데 PR이 남아있는 부위는 PR로 인해 하부가 깎이지 않고 남게 되어 원하던 밑그림을 완성하게 됩니다.

지금까지 포토 공정의 기본 역할과 원리에 대하여 설명 드렸습니다. 이렇게 보면 포토공정은 마스크를 통해 빛을 비춰 주기만 하면 되는 간단한 공정처럼 보이는데요. 반도체 산업에서 포토공정의 발전은 어떤 이유로 큰 주목을 받고 있는 것일까요?

.

2. 포토 공정 발전은 왜 필요 한가?

공정의 미세화, 즉 보다 작은 트랜지스터를 사용한 반도체를 생산하기위해 우리는 많은 요소에서 한계를 극복해 나가고 있습니다. 그 중 하나가 바로 포토 공정이죠. 그렇다면 포토 공정이 마주하는 장애물은 무엇일까요?

A. 패터닝을 방해하는 빛의 회절과 간섭

빛이 좁은 틈을 지날 때 본래의 진행방향과 다르게 넓게 퍼지는 특성인 회절과, 두개의 빛 파동이 만나 서로 보강되거나 상쇄되는 특성인 간섭은 포토공정의 패터닝을 방해하는 가장 큰 장애물입니다.

그림[3]와 같이 빛은 회절 하는 성질에 따라 좁은 틈을 통과 할 때 직진하지 못하고 그 틈을 중심으로 부채꼴 모양 파동이 되어 퍼져나가게 됩니다. 회절은 틈이 좁거나 파장의 길이가 길수록 더 넓게 퍼지게 하는 특징이 있죠.

더욱이 그림[4]처럼 두개 이상의 틈을 지나며 회절 된 빛은 퍼져나가며 서로 간섭 현상을 일으키게 되는데요. 그림[4]의 (a)처럼 파장 대비 틈의 폭과 틈 간 간격이 충분히 넓다면 문제가 되지 않겠지만, (b)처럼 그 폭이 좁아지고 또 틈과 틈이 가까워진다면 원하는 모양을 PR에 정확하게 현상 할 수 없게 됩니다. 즉 그리고자 하는 밑그림의 선이 얇아지고(틈이 좁고), 빼곡할 수록(틈 간 간격이 좁을수록) 정확하게 그려내기 어려워 진다는 말이죠.

공정 기술의 발전과 함께 트랜지스터의 크기는 점점 작아지고 있습니다. 이에 따라 포토공정이 그려야 하는 선의 폭은 좁아지고, 밀도는 올라가고 있죠. 이는 곧 포토공정의 난이도가 점점 올라가고 있다는 것을 말해 줍니다.

그렇다면 우리는 어떻게 포토 공정이 마주한 이러한 한계점들을 어떻게 극복해 왔을까요?

.

3. 조금 돌아 가더라도 목적지에 정확히 도달하자!

포토 공정이 마주한 한계점을 극복하는 방법은 여러가지가 있습니다. 우리는 그중 빛의 회절, 간섭과 관련된 문제점을 간접적으로 극복한 몇가지 사례를 알아 보겠습니다.

A. Multi Patterning Technology – 한번에 그리기 어려우면 두개로 나눠 그리자!

좁은 길을 지나가다 다른 사람과 어깨를 부딪힌 경험이 있으신가요? 각자 조금씩 떨어져 걸었다면 이런 충돌을 피할 수 있었을 것입니다. 빛들이 서로 간섭현상을 일으키는 문제를 해결한 방법도 이와 유사하게 진행되었습니다. 틈 사이 간격을 더 넓혀 빛과 빛 사이의 간섭을 줄이게 만드는 것이죠. 그림[5] (a)처럼 한번에 패터닝하던 좁은 간격의 네 개 틈을 (b)와 (c)로 두 개씩 두 번에 나누어 패터닝을 진행하면서 각 틈 사이의 간격을 넓히고 간섭을 줄이는 것입니다.

이러한 방식을 여러 번 패터닝한다고 하여 Multi Patterning Technology라고 합니다.

B. OPC – 작게 찍히면 크게 만들고, 크게 찍히면 작게 만들자!

양궁에서 과녁을 맞출 때 정가운데를 조준하였지만 다른 곳으로 화살이 날아간다면 우리는 다음 화살을 방향이 틀어진 만큼 반대 방향으로 조준해서 활시위를 당깁니다. 즉, 오차를 고려하여 재계산하는 것이죠. 패터닝시에도 이와 유사하게 오차가 발생했을 때 이를 반영하여 마스크를 만드는 방법을 사용합니다. 바로 OPC(Optical Proximity Correction)입니다. 그림[6]의 과정처럼 결과물로부터 피드백을 받아 마스크를 일부러 왜곡되게 제작하는 방법을 말하죠.

.

4. 직접적 해결을 위한 노력.

이외에도 우리는 빛의 성질로 인한 포토공정의 한계를 다양한 방법으로 극복해 왔습니다. 하지만 결국 작아진 Pattern에서 빛의 성질로 인해 발생되는 문제의 근본적인 해결책은 빛의 파장을 줄이는 방법입니다(그림[3] 참조). 따라서 우리는 파장을 줄이기 위해서도 꾸준히 노력을 이어가고 있는데요. 다음 포스트에서 이러한 포토 공정의 발전에 따른 파장 변화 과정과 함께, 최근 가장 주목받고 있는 EUV는 어떤 특징을 가지고 있는지에 대하여 알아보겠습니다.

.

.

The post 웨이퍼(mm) 위에 그리는 밑그림(nm). Part 1 -삼성전자 파운드리 사업부의 EUV Minimum Pitch Single Patterning first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

‘최상급 패턴 웨이퍼로 연구하세요!’

반도체 장비와 소재 업체에서 새로운 제품의 성능을 검증하기 위해서는 미세 회로 패턴이 새겨진 웨이퍼가 필요한데요. 그중에서도 미세한 나노 단위의 패턴 웨이퍼는, 100% 완벽한 검증을 위해 꼭 필요한 재료로 손꼽히고 있지만, 사막에서 바늘 찾기보다 어려운 것이 현실! 하지만 여기, 패턴 웨이퍼 구세주가 등장했습니다.

‘내일도 함께 애쓰지(ESG)’ 다섯 번째 에피소드는 삼성전자 반도체의 ‘패턴 웨이퍼 지원사업’에 대한 이야기입니다. 소부장(소재, 부품, 장비) 설비업체, 연구소, 학교와 같은 곳에 패턴 웨이퍼를 대신 만들어 지원해 주는 사업인데요. 모든 반도체 연구자들의 로망, 삼성전자 반도체의 패턴 웨이퍼와 함께라면 다양한 연구가 가능하겠죠?

‘완벽한 반도체’를 만드는 든든한 조력자! 삼성전자 반도체의 패턴 웨이퍼 지원 사업에 대해 궁금하다면, 지금 바로 영상을 통해 확인해보세요.

The post [내일도 함께 애쓰지 Ep.5] ‘패턴 웨이퍼 찾으셨나요?’ 산타도 울고 갈 든든한 선물의 정체! first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

“측정할 수 없으면 관리할 수 없다!”

완벽한 반도체 제품이 탄생하기 위해서는, 제조 공정이 진행되는 전 과정 속에서 세밀하게 웨이퍼를 측정하는 작업이 반드시 필요합니다. 이를 수행하는 곳, 바로 ‘계측 공정’입니다.

매 공정 후에는 반드시 계측 공정이 진행됩니다. 하나의 웨이퍼 안에서 가능한 한 많은 정상적인 칩을 만들어 내기 위해서는 매 공정을 완벽하게 제어해야 하며, 그러기 위해서는 측정과 검사가 필요하기 때문입니다.

계측 공정은 의도한 대로 정확한 크기로 공정이 진행됐는지 측정하는 메트롤로지(Metrology), 그리고 원하지 않는 불량 혹은 파티클이 웨이퍼에 떨어졌는지 검사하는 인스펙션(Inspection)을 수행합니다.

계측 공정에 있어서 가장 중요한 것은 빛! 웨이퍼에 빛을 쏘고 반사된 빛을 분석해 상태를 진단한다는 사실.

완벽한 반도체 구현을 위해 모든 공정 사이에 진행되는 계측 공정, 구체적으로 어떠한 요소들을 측정하는지 영상으로 만나볼까요?

The post [인생맛칩 Ep.13] 완벽한 반도체의 시작은 정확한 계측으로부터! 모든 공정의 짝꿍, 계측 공정 살펴보기 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

완벽한 반도체 제조를 위해 꼭 필요한 것, 공정 중 나노 미터 크기의 파티클(먼지) 한 톨도 들어가지 않게 관리하는 일입니다. 삼성전자 반도체와 함께 일하고 있는 회사 ‘FST’는 반도체 제조 공정 중에서도 포토 공정에 사용되는 마스크를 파티클로부터 보호하는 ‘펠리클(투명한 필름)’을 제조하는 국내 유일의 업체입니다. 이렇게 중요한 펠리클의 수율을 확보하기 위해 삼성전자 반도체에서 31년째 파티클 제어를 담당해 온 전문가 김진성 님이 나섰습니다. FST의 품질 경영을 지원하는 자문단으로 참여한 것인데요.

‘내일도 함께 애쓰지(ESG)’ 세 번째 에피소드에서는 FST의 펠리클 품질 담당자로 구성된 PDS(Pellicle Defect Solution)팀과 김진성님의 협력을 통한 수율 개선 활동을 소개합니다. 이들의 유일한 목표는 바로 먼지 단 한 톨도 허용하지 않는 ‘파티클 Free’! 새로운 길을 개척하는 과정에서 시행착오도 있었지만, 과학적인 데이터를 바탕으로 철저한 현장 분석을 거듭한 결과 높은 수율에 도달하는데 성공했습니다.

한편, 김진성 님은 FST가 이러한 활동을 계속해나갈 수 있도록 전담 조직을 구성해 유지할 것을 제안하기도 했는데요. 과연 그 결과는 어떠했을까요? 영상으로 함께 확인해 볼까요?

The post [내일도 함께 애쓰지(ESG) Ep.3] 국내 유일의 펠리클 업체 FST, 완벽한 품질을 위해 삼성전자 반도체와 함께 한 활동은? (a.k.a 먼지박사) first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

건물을 만들 때 층의 높이가 똑같아야 그 다음 층을 올릴 수 있는 것처럼, 웨이퍼도 다음 공정에서 층이 잘 쌓일 수 있도록 표면을 평탄화하는 작업이 필요합니다.

웨이퍼에 산화막, 절연막, 전도성 막 등 여러 층으로 박막을 쌓다 보면 표면에 울퉁불퉁 단차가 생기는데요. 이 표면을 매끄럽게 갈아내는 연마 공정을 거쳐야만 다음 작업이 가능합니다. 연마 공정에서는 마치 칫솔과 같은 역할을 하는 ‘패드’, 그리고 치약과 같은 역할을 하는 ‘슬러리’가 사용됩니다.

마치 도를 닦듯이 온종일 웨이퍼를 갈고닦는 연마 공정. 매끈-빤딱한 웨이퍼를 위한 삼성잔자 반도체의 도, 아니 웨이퍼 갈고 닦기 수련 현장으로 여러분들을 초대합니다.

The post [인생맛칩 Ep.12] 날 이렇게 갈아낸 공정은 네가 처음이야, 웨이퍼를 평탄하게 갈고 닦는 연마 공정 수련기? first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

반도체 공정의 핵심 소재, 포토레지스트(Photoresist)란?

포토레지스트(Photoresist)란 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액(感光液)의 일종입니다. 감광이란 빛을 받았을 때 물리적, 화학적 변화를 일으키는 현상을 통칭하는데요. 빛이 닿은 부분 또는 닿지 않은 부분만 남기기 때문에, 특정 패턴을 만들 수 있습니다. 사진을 인화하는 과정 역시 이러한 감광 현상을 활용한 것입니다.

하지만 포토레지스트는 사진 현상 등에 쓰이는 묽은 액체 형태인 감광 재료와는 차별화된 특징이 있습니다. 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분이 단순히 음영으로 구분되는 것이 아니라 용해 또는 응고하는 변화를 일으키는 것이죠. 이러한 특성때문에 빛의 접촉 여부에 따라 판화처럼 구분되는 요철을 만들 수 있습니다. 포토레지스트는 빛에 어떻게 반응하는지에 따라 빛을 받지 않는 부분이 남는 ‘양성형’과 빛을 받은 부분이 남는 ‘음성형’으로 나뉜다는 점도 기억해 주세요.

웨이퍼에 회로를 인화한다. 반도체 공정 속 포토레지스트

포토레지스트는 포토 공정에서 웨이퍼 위에 얇고 균일하게 도포됩니다. 마치 웨이퍼를 사진 인화지와 비슷한 상태로 만들어 주는 것과 같은데요.. 이 위에, 반도체 회로 패턴이 담긴 마스크를 놓고 그 아래에 빛을 모아주는 렌즈를 위치시킨 다음 웨이퍼를 향해 빛을 쏘면, 마스크에 그려져 있던 회로 패턴이 웨이퍼에도 남게 됩니다. 포토레지스트가 있기에 미세 회로의 밑그림이 웨이퍼 위에 그려지는 것입니다.

한편, 웨이퍼에 회로 패턴이 새겨지면 남은 부분과 용해된 부분을 선택적으로 제거하는 과정을 거쳐 포토 공정이 마무리됩니다. 이렇게 새겨진 웨이퍼의 회로는 식각 공정 등을 거치며 선명해지고 그 외에도 수많은 공정들을 거쳐 반도체가 완성됩니다.

함께 살펴본 것처럼 ‘포토레지스트’는 웨이퍼 위에 회로 패턴을 형성하는데 꼭 필요하다는 점에서 반도체 공정에서는 없어서는 안 될 소재입니다. 이처럼 소재는 반도체 산업에서 매우 중요한 역할을 하는데요, 삼성전자는 첨단 반도체를 계속해서 시장에 소개할 수 있도록 소재 연구와 개발에도 더욱 힘써 나갈 계획입니다.

관련 콘텐츠 보러가기

반도체 제조에 사용되는 순수한 물, ‘초순수’ 
반도체 공정에서 없어서는 안될 재료. ‘불화수소’ 

The post 웨이퍼에 회로를 인화한다. ‘포토레지스트’ first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

미세먼지가 심한 날에도 1년 365일, 24시간 내내 1 μm(마이크로미터)의 어떤 먼지나 바이러스도 용납하지 않는 청정 구역이 있습니다. 섬세하고 예민한 반도체 제조공정이 이뤄지는 ‘클린룸’이 바로 그곳인데요. 외부 환경과 상관없이 높은 수준의 청정도를 유지하는 반도체 생산 라인의 비결은 무엇일까요? 미니 웹툰을 통해 확인해보시기 바랍니다. 

철저한 시스템을 통해 아주 작은 먼지도 허용하지 않는 클린룸. 삼성전자가 세계 최고의 반도체를 생산하는 이유입니다.

‘8대 공정’, ‘8대공정’ ‘반도체 8대공정’, ‘반도체 8대 공정’

관련 콘텐츠 보러가기

세계 최대 반도체 공장을 블록으로 재현하다! 블록 반도체 클린룸의 탄생 과정 공개!

The post 미세먼지 수치 ‘0’! 아주 작은 먼지도 허용하지 않는 ‘클린룸’ first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

지난 시간에 산화공정과 집적회로에 대해 소개해드렸는데요. 이번에는 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 포토공정(Photo)에 대해 알아보려 합니다. 포토공정은 필름카메라로 사진을 찍는 원리와 비슷한데요. 어떻게 비슷한 지 알아볼까요?

흑백사진 인화와 비슷한 포토공정

흔히 포토 리소그래피(Photo Lithography)를 줄여서 포토공정(Photo)이라고 하는데요. 이 공정은 웨이퍼 위에 회로 패턴이 담긴 마스크 상을 빛을 이용해 비춰 회로를 그리기 때문에 붙여진 이름입니다. 여기서 패턴을 형성하는 방법은 흑백 사진을 만들 때 필름에 형성된 상을 인화지에 인화하는 것과 유사합니다.

반도체는 집적도가 증가할수록 칩을 구성하는 단위 소자 역시 미세 공정을 사용해 작게 만들어야 하는데요. 미세 회로 패턴 구현 역시 전적으로 포토 공정에 의해 결정되기 때문에 집적도가 높아질수록 포토 공정 기술 또한 세심하고 높은 수준의 기술을 요하게 됩니다.

웨이퍼에 회로 패턴을 만드는 준비 단계

그럼 본격적으로 포토공정이 어떻게 이루어지는지 알아볼까요? 먼저 컴퓨터 시스템(CAD, computer-aided design)을 이용해 웨이퍼에 그려 넣을 회로를 설계합니다. 전자회로 패턴(Pattern)으로 설계되는 이 도면에 엔지니어들이 설계한 정밀회로를 담으며, 그 정밀도가 반도체의 집적도를 결정합니다.

사진 원판의 역할을 하는 포토마스크 만들기

설계된 회로 패턴(Pattern)은 순도가 높은 석영(Quartz)을 가공해서 만든 기판 위에 크롬(Cr)으로 미세 회로를 형상화해 포토마스크(Photo Mask)로 재탄생 하게 됩니다. 마스크(Mask)는 Reticle이라고도 부르는데, 이것은 회로 패턴을 고스란히 담은 필름으로 사진 원판의 기능을 하게 되는데요. 마스크는 보다 세밀한 패터닝(Patterning)을 위해 반도체 회로보다 크게 제작되며, 렌즈를 이용 빛을 축소해 조사하게 됩니다.

포토공정은 감광액 도포, 노광, 현상의 세부 공정으로 다시 나뉩니다. 포토공정을 더 자세히 알아볼까요?

본격 포토공정, 웨이퍼를 인화지로 만드는 감광액 도포

이제 웨이퍼에 그림을 그릴 준비가 됐습니다. 다음 단계는 웨이퍼 표면에 빛에 민감한 물질인 감광액(PR, Photo Resist)을 골고루 바르는 작업인데요. 이 작업이 사진을 현상하는 것과 같이 웨이퍼를 인화지로 만들어줍니다. 보다 고품질의 미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 감광액(PR) 막이 얇고 균일해야 하며 빛에 대한 감도가 높아야 하죠.

빛을 통해 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 노광

감광액(PR) 막을 형성해 웨이퍼를 사진 인화지와 비슷한 상태로 만든 후에는 노광장비(Stepper)를 사용해 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 찍어냅니다. 이 과정을 노광(Stepper Exposure)이라고 하는데요. 반도체 공정에서의 노광은 빛을 선택적으로 조사하는 과정을 말합니다.

회로 패턴을 형성하는 현상 공정

포토공정(Photo)의 마지막 단계는 현상(Develop)으로 일반 사진을 현상하는 과정과 동일합니다. 이 과정에서 패턴의 형상이 결정되기 때문에 매우 중요한데요. 현상(Develop) 공정은 웨이퍼에 현상액을 뿌려 가며 노광된 영역과 노광 되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하는 공정입니다.

웨이퍼 위에 균일하게 입혀진 감광액(PR)은 빛에 어떻게 반응하는가에 따라 양성(positive) 혹은 음성(negative)로 분류됩니다. 양성 감광액의 경우 노광 되지 않은 영역을 남기고 음성 감광액의 경우 노광된 영역만 남겨 사용하게 되는데요.

현상 공정까지 마치게 되면 모든 포토공정이 끝나는데요. 각종 측정 장비와 광학 현미경 등을 통해 패턴이 잘 그려졌는지 꼼꼼하게 검사한 후, 이를 통과한 웨이퍼만이 다음 공정 단계로 이동합니다.

지금까지 웨이퍼 표면에 세밀한 회로 패턴을 찍는 포토공정에 대해 알아보았는데요. 다음 시간에는 웨이퍼에 회로 패턴을 만들기 위해 필요한 부분을 남기고, 필요 없는 부분을 선택적으로 깎아내는 식각공정에 대해 소개하겠습니다.

The post [반도체 8대 공정] 4탄, 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 포토공정 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

반도체의 핵심 재료인 웨이퍼에 산화막(SiO₂)을 형성해 표면을 불순물로부터 보호하는 ‘산화공정’을 거친 다음에는 반도체 설계 회로를 그려 넣을 차례입니다. 손톱만큼 작고 얇은 반도체의 회로는 어떻게 구성돼 있을까요? 이번 시간에는 집적회로(IC, Integrated Circuit)가 무엇인지 알아보려고 합니다.

작은 반도체 칩 안에는 수천 개에서 수백만 개 이상의 전자 부품들(다이오드, 트랜지스터, 캐패시터, 저항)이 빼곡하게 채워져 있는데요. 이런 반도체 집적회로는 어떻게 탄생했을까요?

진화의 시작을 알린 트랜지스터

1947년, 미국 최대 전화 통신 회사 AT&T(American Telephone & Telegraph)의 중앙연구소인 벨 연구소 연구원들은 반도체 격자구조의 조각에 도체선(전기가 흐르는데 사용되는 선)을 접촉시키면 전기 신호가 증폭한다는 사실을 발견합니다.

당시 이것은 증폭기(Amplifier)라는 이름으로 불리다가 나중에 트랜지스터(Transistor)로 알려지게 됐죠.

그 후 트랜지스터는 전자제품의 핵심 부품으로 자리 잡게 됩니다. 하지만 기술이 발전할수록 전자제품의 기능이 많아지면서 트랜지스터와 저항, 다이오드, 캐패시터 등 연결해 주어야 하는 부분이 기하급수적으로 증가하게 되었습니다. 이런 연결점들이 제품을 고장 내는 주원인이 됐는데요.

1958년 美 텍사스 인스트루먼트(TI)의 기술자 잭 킬비(Jack Kilby)에 의해 문제를 해결해주는 방법이 개발됐습니다. 복잡한 전자 부품들을 정밀하게 만들어 작은 평면에 인쇄하듯 찍어내 차곡차곡 쌓는 것입니다. 그렇게 탄생한 것이 집적회로(IC)입니다.

전자산업의 혁명, 집적회로(IC, integrated Circuit)

반도체 집적회로(IC)를 가득 채우고 있는 트랜지스터, 저항, 다이오드, 캐패시터 등의 부품들은 서로 연결돼 전기 신호를 연산하고 저장합니다.

조금 더 자세히 각 부품의 역할을 살펴볼까요? 트랜지스터는 전원을 켜고 끄는 스위치 역할을, 캐패시터는 전하를 충전해 보관하는 창고 역할을, 저항은 전류의 흐름을 조절하며 다이오드는 신호를 고르게 전하는 역할을 합니다.

반도체 집적회로의 제조 방법은 회로 소자들을 모두 미세하고 복잡한 패턴(Pattern)으로 만들어 여러 층의 재료 속에 그려 넣는 방식입니다. 미세한 회로를 손으로 그려넣는 것은 불가능하기에 사진을 찍는 방식을 활용하게 되는데요. 이 내용은 4탄 포토공정에서 소개됩니다.

이렇듯 집적회로(IC)가 개발되면서 반도체 산업은 더욱 발전하게 되는데요. 각 전자 부품들을 직접 연결하는 방식에서 집적회로로 변화됨으로써 제품의 크기가 작아져 적은 소비전력으로 빠른 정보 처리가 가능하게 되었습니다. 또한 사진을 찍는 방식으로 제작되기에 대량 생산이 가능하고 신뢰도도 높아졌습니다.

특히 1960년에는 벨 연구소의 연구원이었던 한국인 공학자 고 강대원 박사와 마틴 아탈라가 ‘금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOS-FET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)’를 개발하면서 집적회로가 빛을 발하게 됩니다.

제조가 까다롭고 전력 소모가 컸던 양방향 접합형 트랜지스터 (Bipolar Junction Transistor)의 문제점을 MOS-FET 개발을 통해 해결할 수 있게 된 것입니다.

트랜지스터에서 집적회로(IC), MOS-FET까지, 이쯤 되면 반도체 60년의 역사와 함께 앞으로 변화하게 될 미래의 모습 또한 기대 되지 않으신가요? 4탄에서는 이렇게 세밀한 설계 회로가 웨이퍼 위에 어떻게 그려지는지 소개해드리겠습니다.

The post [반도체 8대 공정] 3탄, 전자산업의 혁명! 집적회로 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

알고 보면 현대인들이 물이나 공기만큼 자주 접하는 반도체. 우리 삶과 밀접하게 연결되어 있는 반도체가 어떻게 만들어지는지 알아보는 8대 공정 시간입니다. 지난 시간에는 그 첫 이야기로 웨이퍼(Wafer)의 제조에 대해 알아봤는데요.

이번에는 반도체 8대 공정의 두 번째 시간, 산화공정(Oxidation)에 대해 자세히 알아보겠습니다.

웨이퍼의 보호막과 절연막 역할을 하는 ‘산화막(SiO₂)’

모래에서 추출한 실리콘을 반도체 집적회로의 원재료로 탄생시키기 위해서는 일련의 정제 과정을 통해 잉곳(Ingot)이라고 불리는 실리콘 기둥을 만듭니다. 이 실리콘 기둥을 균일한 두께로 절단한 후 연마의 과정을 거쳐 반도체의 기반이 되는 웨이퍼를 만드는데요.

이렇게 만들어진 얇고 둥근 판 모양의 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체 상태입니다. 그래서 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 ‘반도체’의 성질을 가질 수 있도록 만드는 작업이 필요한데요. 이를 위해 웨이퍼 위에 여러 가지 물질을 형성시킨 후 설계된 회로 모양대로 깎고, 다시 물질을 입혀 깎아내는 일이 반복되죠.

이 모든 공정의 가장 기초적인 단계가 산화공정입니다. 산화공정을 거치는 이유는 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(SiO₂)을 형성해 회로와 회로사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 입니다. 산화막은 또한 이온주입공정에서 확산 방지막 역할을 하고, 식각공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막는 식각 방지막 역할도 합니다.

즉, 산화공정을 통해 형성된 산화막이 반도체 제조과정에서 든든한 보호막 역할을 하는 건데요. 미세한 공정을 다루는 반도체 제조과정에서는 아주 작은 불순물도 집적회로의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미치기 때문입니다.

그렇다면 이렇게 든든한 보호막 역할을 하는 산화막은 어떻게 형성되는 것일까요?

웨이퍼는 대기 중 혹은 화학물질 내에서 산소에 노출되면 산화막을 형성하게 되는데요. 이는 철(Fe)이 대기에 노출되면 산화되어 녹이 스는 것과 같은 이치입니다.

웨이퍼에 막을 입히는 산화공정의 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 플라즈마 보강 화학적 기상 증착(PECVD), 전기 화학적 양극 처리 등 여러 종류가 있습니다. 그 중 가장 보편적인 방법은 800~1,200℃의 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 열산화 방법입니다.

열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 건식산화(Dry Oxidation)와 습식산화(Wet Oxidation)로 나뉘는데요. 건식산화는 순수한 산소(O₂)만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰이며, 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있습니다. 습식 산화는 산소(O₂)와 함께 용해도가 큰 수증기(H₂O)를 함께 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 보다 두꺼운 막을 형성할 수 있지만, 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 보통 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 통해 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두껍습니다.

지금까지 웨이퍼의 표면을 보호해주는 산화막의 형성 과정과 그 역할에 대해 알아보았는데요. 다음 시간에는 산화막이 형성된 반도체 위에 어떻게 반도체 설계 회로를 그려 넣는지에 대해 소개할 예정이니 많은 기대 바랍니다.

The post [반도체 8대 공정] 2탄, 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

반도체 없이 24시간을 생활할 수 있을까요? 휴대전화, 노트북은 물론 자동차, 텔레비전, 신용카드 등 우리 생활의 많은 부분에 반도체가 있기 때문에 생각보다 쉽지 않을 텐데요. 그렇다면 우리 삶과 밀접하게 연결돼 있는 반도체는 어떻게 만들어지는 걸까요?

반도체에 관심이 있는 분이라면 ‘반도체 8대 공정’이라는 말을 많이 들어 봤을 겁니다. 반도체 8대 공정이란 말 그대로 반도체가 완성되기까지 거치는 수백 번의 과정을 크게 8개의 공정으로 구분한 것인데요.

삼성반도체이야기에서는 블로그 리뉴얼을 맞아 채널 최고 인기 콘텐츠인 ‘반도체 8대 공정’에 대해 다시 한번 다루고자 합니다. 오늘은 8단계의 공정 중 첫 번째인 ‘웨이퍼(Wafer) 제조’에 대해 알아볼 텐데요. 반도체 집적회로의 핵심 재료인 웨이퍼란 무엇인지, 웨이퍼를 만드는 단계부터 차근차근 확인해 보겠습니다.

웨이퍼 제조에 필요한 재료

웨이퍼를 알아보기에 앞서 한가지 질문! 반도체 집적회로(Semiconductor Integrated circuit)와 웨이퍼는 어떤 관계일까요? 반도체 집적회로란, 다양한 기능을 처리하고 저장하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적한 전자부품을 말합니다. 웨이퍼라는 얇은 기판 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 집적회로가 탄생되는 만큼, 웨이퍼는 반도체의 기반인 셈이죠. 피자를 만들 때 토핑을 올리기 전, 도우를 만들듯이 말입니다.

웨이퍼는 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미하는데요. 대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만듭니다.

반도체 산업을 기반으로 성장해 전 세계 소프트웨어 산업의 중심지가 된 미국 실리콘밸리(Silicon Valley)의 경우 반도체 재료 ‘실리콘(Silicon)’과 산타클라라 인근 ‘계곡(Valley)’에서 만들어진 지명이라고 하는데요. 실리콘밸리와 연결 지어 생각하면 반도체 웨이퍼 재료 실리콘도 기억하기 쉽겠죠? 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하고 있어 안정적인 재료 수급이 가능하고, 독성이 없어 환경적으로도 우수하다는 장점을 가지고 있습니다. 그럼 본격적으로 웨이퍼 제조공정에 대해 알아볼까요?

1단계. 잉곳(Ingot) 만들기

모래에서 추출한 실리콘을 반도체 재료로 사용하기 위해서는 순도를 높이는 정제 과정이 필요합니다. 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것을 결정 성장시켜 굳히는 건데요. 이렇게 만들어진 실리콘 기둥을 잉곳(Ingot)이라고 합니다. 수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳은 실리콘 잉곳 중에서도 초고순도의 잉곳을 사용합니다.

2단계. 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단하기(Wafer Slicing)

둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서는 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업이 필요합니다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 되는데요. 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세입니다.

3단계. 웨이퍼 표면 연마(Lapping&Polishing) 하기

절단된 웨이퍼는 가공을 거쳐 거울처럼 매끄럽게 만들어야 되는데요. 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 거칠어 회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 그래서 연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아냅니다.

가공 전의 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 베어 웨이퍼(Bare wafer)라고 합니다. 여기에 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키고 가공 단계를 거치면 아래와 같은 모습이 되는데요. IC칩까지 완성된 웨이퍼 각각의 명칭을 알아볼까요?

① 웨이퍼(Wafer): 반도체 집적회로의 핵심 재료로 원형의 판을 의미합니다.

② 다이(Die): 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데요. 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩인데, 이것을 다이라고 합니다.

③ 스크라이브 라인(Scribe Line): 맨눈으로는 다이들이 서로 붙어있는 듯 보이지만, 사실 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있습니다. 이 간격을 스크라이브 라인이라고 합니다. 다이와 다이 사이에 스크라이브 라인을 두는 이유는, 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 이 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서인데요. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이죠.

④ 플랫존(Flat Zone): 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 됩니다. 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단합니다.

⑤ 노치(Notch): 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있습니다. 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높습니다.

반도체 사업에는 웨이퍼를 생산하는 웨이퍼 산업과 웨이퍼를 자재로 해 회로를 설계하고 제조하는 웨이퍼 가공산업인 팹(FAB, Fabrication) 산업이 있습니다. 또한, 가공된 웨이퍼를 가져다가 다이를 잘라서 습기나 압력에 보호받게 포장(package)하는 어셈블리(assembly) 사업도 있습니다.

오늘은 이 중 웨이퍼의 개념과 명칭, 생산 과정에 대해 알아봤습니다. 앞으로 반도체 8대 공정의 각 과정을 알기 쉽고 재미있게 소개할 예정이니 기대해 주세요!

The post [반도체 8대 공정] 1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요? first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

무더위가 기승을 부리던 지난 8월 8일, 삼성 나노시티에 반가운 손님이 찾아왔습니다. 바로 국제반도체장비재료협회(SEMI)가 주관하고 경기도 용인 교육지원청이 지원하는 반도체 인재 육성 프로그램, ‘SEMI High Tech U’에 참여 중인 친구들이 삼성전자 반도체 사업장에 견학 온 것인데요,

‘SEMI High Tech U’는 글로벌 반도체산업이 후원하는 청소년 진로탐색 프로그램으로, 산업 현장 체험을 통해 첨단기술 관련 직업에 대한 청소년의 이해와 관심도 향상시키는 프로그램입니다. 올해로 3회를 맞는 ‘SEMI High Tech U 2013’은 지난 8월 7일부터 9일까지 한국나노기술원, 삼성전자, 성균관대학교에서 3일간 진행됐습니다.

삼성전자에서는 프로그램 둘째 날이 진행됐는데요. 설렘과 기대감으로 가득했던 친구들과 반도체의 첫만남 속으로 함께 가 보실까요?

두근거리는 마음을 안고 친구들이 가장 먼저 도착한 곳은 삼성전자 기흥캠퍼스 반도체 홍보관입니다.  담당자의 친절한 설명과 함께 삼성 반도체 역사를 한눈에 볼 수 있는 역사존부터 견학하기 시작했는데요. 1974년 늦은 출발이었지만 현재의 대한민국 반도체산업이 있기까지의 놀라운 스토리에 친구들은 집중하는 모습이었습니다.

그 다음 도착한 곳은 반도체 핵심재료인 웨이퍼 제조 과정과 반도체 공정 코너. 손톱보다 작은 반도체 칩이 탄생하기까지의 과정을 볼 수 있었는데요, 그 중에서도 친구들의 시선을 확 사로잡은 것은 바로 삼성 반도체가 사용되는 완제품이었습니다.

여러 가전 제품을 비롯해 스마트폰, LED 조명, 전자여권까지! 오래 전부터 반도체가 우리 생활 속 깊이 자리잡고 있다는 사실에 친구들은 탄성을 자아냈습니다. 우리의 삶을 편하고 행복하게 해주는 반도체의 중요성을 새삼 깨닫는 모습이었습니다.

어느새 홍보관의 마지막 코너, 삼성전자 기흥/화성캠퍼스를 한눈에 볼 수 있도록 축소 모형으로 구현한 장소에 도착했습니다. 친구들은 수 많은 라인과 건물, 그리고 지역사회와 조화를 이루고 있는 나노시티의 모습에 많은 관심을 보였는데요. 기흥캠퍼스와 화성캠퍼스의 면적을 합치면 무려 여의도 면적에 육박한다는 정보에 다들 깜짝 놀라는 눈치였답니다.

이렇게 홍보관 견학을 마친 친구들은 축소 모형으로 살펴본 기흥, 화성캠퍼스의 모습을 직접 보기 위해 버스에 올랐습니다. 방금 전까지 모형으로 본 나노시티를 직접 눈으로 확인하며 창문 밖 모습에 눈을 떼지 못하는 모습이었습니다.

그렇다면, 홍보관을 견학한 우리 친구들은 무엇을 느꼈을까요? 열심히 참여 중인 두 친구를 만나 이야기를 들어봤습니다.

강동길 / 보라중학교
“아빠가 삼성전자에서 일하셔서 과학 분야에 관심이 많았어요. 이번 견학을 하면서 삼성 반도체의 역사와 규모를 살펴보니 ‘역시 삼성 반도체가 최고구나’라고 느꼈어요. 평소 반도체에 대해 많이 알지 못했는데, 우리 생활에서 많이 사용되고 있는 것을 알게 되었어요.”

박준형 / 서원중학교
“평소 반도체에 대해 막연하게 어렵다는 생각을 가지고 있었는데요. 이렇게 반도체 홍보관을 견학하고 나니 ‘반도체가 생각보다 가까이에서 사람들의 생활을 도와주고 있구나’ 라는 생각이 들기 시작했어요. 또 반도체를 만들기 위해 수 많은 과정을 거친다는 사실이 흥미진진했어요. 반도체에 대해서 더 알고 싶어졌어요!”

버스 투어를 마치고 친구들이 도착한 곳은 삼성 반도체 생산현장을 볼 수 있는 ‘나노스페이스’입니다. 친구들은 반도체가 만들어지는 과정을 직접 볼 생각에 매우 설레는 모습이었는데요.

그토록 기다려 왔던 반도체 생산현장 모습에 친구들의 눈이 휘둥그레졌습니다! 유리창 너머로 보이는 넓고 깨끗한 클린룸과 자동화 설비, 최첨단 라인의 모습에 모두 눈을 떼지 못하는 모습이었습니다.

특히 친구들은 대부분의 제조 과정이 자동화 설비를 통해 진행되는 모습을 신기해 했는데요, 천장 레일을 빠르게 오가는 OHT(Overhead Hoist Transport)가 마냥 신기한지 담당자에게 질문 공세를 펼치는 친구들을 볼 수 있었습니다. 곧 이어 담당자가 보여 준 웨이퍼에도 호기심 가득한 눈으로 시선을 집중하는 모습이었습니다.

이렇게 반도체 생산현장을 마지막으로 삼성전자에서의 모든 견학 일정이 끝났습니다. 그 동안 쉽게 접하지 못했던 반도체에 대한 견학을 통해 친구들은 깊은 인상을 받은 모습이었는데요. 견학을 마친 우리 친구들을 만나 간단한 소감을 들어봤습니다.

조강현 / 용천중학교
“저는 꿈이 로봇공학자고 아빠가 반도체 관련 일을 하고 있어 관심이 있었는데요. 반도체 공정 과정을  눈으로 보니 반도체에 대해 더 자세히 알게 된 것 같습니다. 오늘 집에 가면 보고 배운 것들을 아빠한테 자랑할거예요!”

전유진 / 상갈중학교
“견학을 통해 반도체가 정말 많은 곳에 사용되고 있다는 것을 알게 되었어요. 예를 들어 TV가 얇아지는 것을 그냥 단순히 생각했었는데, 지금은 반도체가 얇아졌기 때문에 TV도 얇아진다는 것을 알게 되었거든요. 앞으로도 계속 발전할 반도체가 기대돼요!”

심하은 / 용인대덕중학교
“저는 반도체에 대한 호기심이 생기기 시작했어요! 특히 반도체의 핵심 재료인 웨이퍼를 만들 때, 우리 주위에서 흔히 볼 수 있는 모래에서 실리콘을 추출한다는 사실이 정말 놀라웠어요.”

이서현 / 상갈중학교
“오늘 본 것 중에 삼성 반도체의 역사가 가장 기억에 남아요. 삼성전자가 우리 나라 기업이라는 것이 정말 자랑스러워요. 나중에 커서 삼성 반도체에서 근무하고 싶어요!”

지금까지 삼성 나노시티에서 진행된 ‘SEMI High Tech U’ 프로그램 현장을 소개해드렸습니다. 반도체에 대해 친숙해진 아이들은 버스 창 밖으로 손을 흔들며 떠남의 아쉬움을 표현했는데요, 삼성 나노시티에서의 견학이 아이들에게 잊지 못할 추억이 되었기를 바라며, 더 나아가 아이들의 진로 탐색에 도움이 되었기를 기대해 봅니다.

The post 첨단과학의 미래들, 나노시티에서 반도체를 만나다! first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

The post [인포그래픽] 세계시장을 선도하는 삼성 반도체의 혁신 기술 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

전시장 입구에는 가장 먼저 ‘신경영의 출발’을 알리는 존이 설치되어 있습니다. 이 곳에는 앞에서 소개한 TV, VTR, 세탁기, 전화기 등 4가지 제품들이 전시되어 있습니다. 바로 이 제품들이 삼성전자의 신경영 선언 계기가 된 것인데요, 과거 시장에서 차갑게 외면받던 제품들로 인해, 오늘날 세계시장을 주도하는 제품들이 탄생했다는 사실, 놀랍지 않나요?

■ 기기의 혁신이 가져온 생활의 혁신

혁신은 기존의 틀을 깨는 것에서 출발합니다. 삼성전자의 혁신은 시대의 흐름에 맞춰 가는 것이 아니라 시대의 흐름을 ‘선도하는’ 것이었습니다. 지금부터 제품의 고정관념을 탈피한 혁신적인 컨셉으로 사랑받은 제품들을 소개해 드릴게요.

삼성전자 최초의 휴대폰은 1989년에 태어났습니다. 마치 벽돌처럼 투박한 디자인이 돋보이는 ‘SH-100’ 모델인데요. 그로부터 약 10년 후, 세계 최초로 카메라를 탑재한 휴대폰이 등장하게 됩니다. 당시 플립폰에 컬러액정을 탑재해 엄청난 관심을 끌었던 제품입니다.

카메라폰이 대중화가 되기 시작할 무렵, 또 한 번의 혁신적인 제품이 등장합니다. 세로로 길쭉한 폴더 화면이 가로로 휘리릭~ 돌아가는 모습에 모두 놀랐던, 가로본능폰! 기억하나요? 화면 회전뿐 아니라 100만 화소 카메라와 VOD 서비스인 ‘June’을 내장한 고성능 휴대폰이었죠. 이처럼 현재 세계 시장을 이끌고 있는 스마트폰 못지않게 세상을 깜짝 놀라게 한 제품이 과거에도 다양했답니다.

삶을 스마트하게 만들어 주는 혁신적인 기술은 다른 가전 제품에도 많이 적용돼 있는데요, 평평한 TV는 가라! 외곽부 시야까지 볼 수 있는 ‘곡면형 OLED TV’와 마이너리티 리포트에서나 봤던 동작인식 ‘스마트 TV’, 집안 모든 제품을 조정할 수 있는 ‘스마트 컨트롤’ 기술. 이 모든 것은 새로운 기술로 삶의 가치를 더하는 삼성전자의 혁신입니다.

■ 정교함의 미학, 반도체 기술에 혁신을 더하다

반도체 부스에 전시된 동그란 원판, 어디선가 많이 본듯한 모습인데요. 반짝반짝 거울 같기도 하지만, 삼성반도체이야기 블로그를 꾸준히 보셨던 분들이라면 바로 알아보셨을 겁니다.

바로 반도체를 만드는 주재료인 웨이퍼(Wafer) 입니다. 웨이퍼의 크기가 커질수록 한 장의 웨이퍼에서 생산할 수 있는 칩 수가 많아지기 때문에 생산성은 높아지고 제조 원가는 감소하는데요. 초기 3인치였던 웨이퍼가 이제는 18인치 이상으로 커져 그 집적도가 더욱 높아지고 있습니다.

삼성전자는 업계 최초로 8인치 생산라인을 구축한데 이어 12인치 라인을 구축하는 등 과감한 투자와 기술력으로 DRAM, 낸드 플래시, 디스플레이 구동 반도체(DDI), 모바일 AP와 이미지센서 등에서 꾸준히 세계 1위 자리를 지켜 오고 있습니다.

만약 전 세계 데이터센터의 메모리와 HDD(하드디스크)를 DDR3 메모리와 SSD로 교체한다면? 시스템 성능은 6배 향상되면서 무려 나무 1천 3백만 그루 이상을 심는 CO2 저감효과가 있다고 하는데요. 소비전력은 낮추고 성능은 극대화한 그린 메모리와 저전력 기술! 이제는 환경까지 생각하는 착한 반도체입니다.

Related Contents

 ☞ ‘삼성 이노베이션 포럼’ 개최
 ☞ 삼성, 끝없는 혁신에 대한 이야기! 삼성 이노베이션 포럼 – 반도체데이 현장 1부!
 ☞ 삼성 반도체 생산라인을 가다, 삼성 이노베이션 포럼 – 반도체데이 현장 2부
 ☞ 삼성 이노베이션 포럼 현장 스케치 2부 – 미래를 만드는 반도체 기술

The post 삼성 이노베이션 포럼 스케치 1부 – 끝없는 혁신의 20년 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

아침부터 시원한 빗줄기가 쏟아진 지난 7월 2일, 16명의 학생들이 ‘삼성 이노베이션 포럼(SAMSUNG INNOVATION FORUM)’ 행사장을 찾았습니다. 바로 삼성반도체이야기 블로그 이벤트를 통해 초청된 참가자들인데요,

이번 이벤트를 통해 참가자들은 세계 시장에서 1위를 달려온 삼성전자 메모리반도체 역사, 모바일 AP 등 차세대 시스템반도체를 만날 수 있는 ‘전시회’와 반도체가 생산되는 과정을 볼 수 있는 ‘윈도우 라인 투어’를 체험하는 시간을 가졌습니다.

지금부터 ‘삼성 이노베이션 포럼 – 반도체데이’ 현장의 그 생생한 소식을 전해드릴게요!

비가 온 뒤의 점심, 삼성전자 서초사옥 앞에는 참가자들을 맞이하기 위한 버스가 기다리고 있습니다. 삼삼오오 모인 16명의 학생들은 설레는 마음을 안고 행사가 열리는 수원 ‘삼성 디지털 시티’로 출발합니다~!

삼성 이노베이션 포럼은 1993년 신경영 시작 이후 삼성전자가 지난 20년 동안 걸어온 역사를 한 눈에 볼 수 있는 전시회로, 특히 일반인 대상으로 공개되는 것은 올해가 최초이기 때문에 더욱 큰 의미가 있습니다. 삼성전자의 과거와 현재가 공존하는 이 곳을 통해 혁신적인 기술력과 디자인을 한 눈에 볼 수 있는데요,

전시회는 TV, 휴대폰, 컴퓨터를 비롯해 반도체, 디스플레이, 각종 가전 제품들까지 삼성전자 전 사업분야의 역사와 기술을 한 눈에 살펴볼 수 있도록 구성됐습니다. 학생들이 가장 먼저 찾은 곳은 바로 ‘반도체사업’ 부문이 전시된 코너입니다.

이 곳에서는 그 동안 삼성전자의 혁신을 이끌어 온 반도체 부문의 역사를 확인할 수 있는데요. 1993년 메모리 1위 달성을 시작으로, 2002년 반도체 2위 달성 등 삼성전자 반도체가 지난 20년 동안 걸어온 역사가 한 눈에 들어옵니다.

또한 D램, 낸드 플래시 메모리, 디스플레이 구동 반도체(DDI), 모바일 AP, 이미지센서(CIS) 등 세계 시장에서 연속 1위를 달리고 있는 제품들의 1등 DNA와 혁신적인 기술력을 느낄 수 있었습니다.

반도체 코너에는 반도체의 기초가 되는 웨이퍼(wafer)도 전시됐는데요. 각각 다른 크기와 거울처럼 반짝이는 웨이퍼를 접한 학생들은 한시도 눈을 떼지 않았답니다. 설명을 듣고 있는 학생들의 진지한 표정이 보이시나요? 삼성반도체이야기 블로그를 통해 초청된 참가자들은 역시 반도체에 관심이 많은 열정적인 친구들이었습니다. 귀에 쏙쏙 들어오는 차분한 목소리로 설명해주신 훈남 임직원 덕분에 집중력도 한층 Up! 되었다는 후문도 들려 왔답니다.

고성능과 저전력, 그리고 동시에 초소형과 초박형 기술을 적용한 삼성전자 반도체는 각 분야마다 세계 시장에서 그 기술력을 인정받고 있는데요. 연혁에서 보이는 분야별 ‘세계시장 1위 달성’ 문구가 보이시나요? 세계 시장을 주도하고 있는 우리 반도체의 모습에 학생들은 집중하고 있는 모습이었습니다.

벽면에는 이해를 돕기 위한 다양한 시각 자료들이 전시되었는데요. 전시회에 함께 참석한 친구와 서로 알고 있는 것들을 공유하며 대화를 나누는 모습이 즐거워 보였습니다.

 구석구석까지 꼼꼼히 관람을 마친 학생들이 하나, 둘씩 자리를 이동하기 시작합니다. ‘인류에게 선사된 새로운 빛 LED’라는 주제의 반도체데이 세미나 장소로 향하고 있었습니다. LED 조명이 우리 삶에 어떤 변화를 가져올까요?

세미나에는 디자인그룹 김주생 수석이 연사로 나섰습니다. 삼성전자 LED 조명은 세계적으로 권위있는 디자인 어워드 일본 「Good Design Award」와 독일「IF Design Award」에서 다수 수상을 하며 인정받고 있는데요.

세미나에는 블로그 이벤트로 초청된 참가자 외에도 많은 임직원들과 방문객들이 참석해 자리를 꽉 채웠습니다. 중간중간에 귀를 쫑긋 기울이고 듣는 참가자들의 모습도 보이네요.

여기서, 세미나를 통해 알게 된 놀라운 사실 한가지! 캠핑 시 LED 조명을 사용하면 벌레와의 전쟁을 줄일 수 있다는 점! 그 이유는 일반 조명과 LED 조명의 파장이 다르기 때문이라고 합니다. 이 외에도  LED 조명은 저전력 장수명을 자랑하고, 눈에 피로도 덜 주기 때문에 앞으로는 더 많은 사람이 사용할 것으로 기대됩니다.

이렇게 참가자들과 아쉬운 마음을 뒤로 한 채 삼성 이노베이션 포럼 전시장을 나섰는데요. 하지만 반도체데이 초청 이벤트는 여기서 끝이 아니라는 점! 아직 더 특별한 시간이 남아 있습니다. 2부로 이어지는 삼성전자 반도체 생산라인 윈도우 투어와 채용 담당자와의 특별한 만남 시간이 아직 남아있습니다! 다음 편도 많이 기대해주세요~^^

Related Contents

 ☞ ‘삼성 이노베이션 포럼’ 개최
 ☞ 삼성 반도체 생산라인을 가다, 삼성 이노베이션 포럼 – 반도체데이 현장 2부
 ☞ 삼성 이노베이션 포럼 스케치 1부 – 끝없는 혁신의 20년
 ☞ 삼성 이노베이션 포럼 현장 스케치 2부 – 미래를 만드는 반도체 기술

The post 삼성, 끝없는 혁신에 대한 이야기! 삼성 이노베이션 포럼 – 반도체데이 현장 1부! first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

웨이퍼
[Wafer]

반도체 집적회로를 만드는데 사용하는 주요 재료로, 주로 실리콘(규소, Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot)을 적당한 지름으로 얇게 썬 얇은 원판모양의 판.

※ 웨이퍼 부위 별 명칭

① Chip: 웨이퍼 위 전자회로가 새겨진 얇고 작은 조각으로, IC칩이 되는 부분.
② Scribe Line: Chip 사이의 경계로, 아무 전자회로가 없는 부분이며, 웨이퍼를 개개의 칩으로 나누기 위한 분리 선.
③ TEG(Test Element Group): 칩의 동작 여부를 판단하기 위한 테스트용 칩.
④ Edge Die: 손실 부분. 직경이 작은 웨이퍼보다 큰 웨이퍼의 손실 부분이 적고, 손실률도 줄어든다.
⑤ Flat Zone: 둥근 웨이퍼의 구조를 판별하기 위해 만든 평평한 부분.

The post [반도체 용어 사전] 웨이퍼 first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.

그렇다면 반도체 집적회로는 어떤 제조공정을 거쳐 만들어지는 것일까요?

반도체 제조는 칩 속의 작은 부품들을 하나하나 따로 만들어서 조립하는 것이 아닙니다. 부품과 그 접속 부분들을 모두 미세하고 복잡한 패턴으로 만들어 여러 층의 재료 속에 그려 넣는 방식을 사용하는데요, 그러기 위해서는 패턴을 사진으로 찍어 축소한 마스크를 마치 사진 인화 할 때의 필름처럼 사용합니다.

이러한 수백개의 제조 공정들을 하나 하나 거쳐, 반도체 집적회로가 완성되는데요, 오늘부터 집적회로 원재료인 웨이퍼를 만드는 과정, 반도체 성능 및 품질 검사 등 ‘반도체의 8대 공정’을 시리즈로 소개해드리겠습니다.

오늘은, 그 첫 번째 시간으로 반도체 집적회로의 핵심 재료 ‘웨이퍼(Wafer)’에 대해 함께 알아보겠습니다.

■ 웨이퍼의 재료와 제조 공정

TV에서 애국가가 나올 때 배경으로 등장하는 반도체를 기억하시나요? 방진복을 입은 작업자가 동그랗고 반짝반짝 빛나는 원판을 들고 있는 모습이 미디어에 자주 나오곤 하는데요, 영상 속 원판이 바로 “웨이퍼”입니다. 특수 공정을 이용해 웨이퍼 위에 전자회로를 새긴 후, 웨이퍼 위 집적회로(IC)를 각각 절단하면 IC칩이 되는 것인데요,

여기서, 웨이퍼(Wafer)란 반도체 집적회로를 만드는 중요한 재료로, 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot)를 적당한 지름으로 얇게 썬 원판모양의 판 을 말합니다.

대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만듭니다. 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하고 있어 안정적으로 얻을 수 있는 재료이고, 독성이 없어 환경적으로도 우수하다는 큰 장점을 가지고 있습니다.

1) 웨이퍼의 기초, 잉곳(Ingot) 만들기

모래에서 추출한 실리콘은 반도체 원료로 쓰이기 위해 정제과정이 필요합니다. 그래서, 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것으로 실리콘 기둥, 즉 잉곳(Ingot)을 만드는데요, 실리콘 결정 성장기술인 초크랄스키법(Czochralski, Cz) 혹은 플로팅 존법(Floating Zone, FZ) 등을 이용하여 얻을 수 있습니다.

특히, 초크랄스키법은 결정 성장 장치를 이용하여 도가니로 다결정 실리콘을 용해 및 서서히 끌어올려 성장시키는 방법으로, 많이 이용되고 있는 기술입니다. 초크랄스키법을 간단히 살펴보면, 다결정 실리콘을 도가니에 넣고 가열하여 녹입니다. 이 후, 단결정 실리콘(seed)을 내려서 녹아있는 실리콘 용액 위 표면에 접촉시키고 단결정 실리콘(seed)을 천천히 끌어올리는데요, 이때, 단결정 실리콘(seed)이 끌어올려지면서 고상과 액상 사이의 계면에서 냉각이 일어나고 큰 단 결정체가 성장되어 잉곳(Ingot)이 만들어 집니다.

2) 얇은 웨이퍼 만들기, 잉곳 절단(Wafer Slicing)

결정이 성장된 후, 얇은 웨이퍼를 만들기 위해서는 성형 공정이 필요합니다. 단결정 실리콘(seed)과 잉곳(Ingot)의 말단을 제거하고, 식힌 잉곳(Ingot)을 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 절단하면 바로 ‘웨이퍼’가 됩니다. 따라서 웨이퍼의 크기는 잉곳(Ingot)의 지름이 결정하는데요, 반도체 산업 초기에는 직경이 3인치에 불가할 정도로 작았습니다. 하지만, 웨이퍼가 클수록 한 번에 생산할 수 있는 IC칩 수가 증가하기 때문에, 웨이퍼의 크기가 점점 커지는 추세입니다.

3) 거울처럼 반짝이게, 웨이퍼 표면 연마(Lapping& Polishing)

절단된 웨이퍼는 모양이 그럴싸하지만, 반도체 공정에 들어가기까지 아직 몇 단계가 남아 있습니다. 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 매우 거칠어 사용할 수가 없는데요, 연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 이용해 웨이퍼의 표면을 거울처럼 반짝이게 갈아 냅니다. 이는 광 노광 공정 시, 소자를 형성시킬 수 있도록 매끄러운 표면을 만드는 것입니다.

완성된 웨이퍼는 각 부위별 명칭과 기능을 가지고 있습니다. 그럼, 조금 더 자세히 알아볼까요?

■ 웨이퍼 부위 별 명칭

① Chip: 웨이퍼 위 전자회로가 새겨진 얇고 작은 조각으로, IC칩이 되는 부분입니다.

② Scribe Line: Chip 사이의 경계로, 아무 전자회로가 없는 부분이며, 웨이퍼를 개개의 칩으로 나누기 위한 분리 선입니다.

③ TEG(Test Element Group): 작은 IC칩 한 개에는 수십만 또는 수백만개의 트랜지스터, 캐퍼시터, 저항, 다이오드, 배선회로 등으로 구성되어 있어 실제 칩의 동작 여부를 판단하기 위해 테스트가 필요합니다. 따라서 칩의 실제 특성을 보기 위해 패턴을 구현한 것이 TEG입니다.

④Edge Die: 웨이퍼는 가장자리 부분에 손실 부분, 즉 다이(Die)를 가집니다. 직경이 작은 웨이퍼보다 큰 웨이퍼의 다이 부분이 적고 손실률도 줄어듭니다.

⑤ Flat Zone: 웨이퍼 결정 구조는 눈으로 식별이 불가능합니다. 따라서 웨이퍼의 구조를 판별하기 위해 웨이퍼의 한 부분을 평평하게 만드는데, 이를 플랫존이라고 합니다.

지금까지 웨이퍼의 재료, 제조 공정에 대해 알아보았는데요, 웨이퍼의 원료인 실리콘은 전기가 통하지 않는 부도체입니다. 이 웨이퍼가 어떻게 도체와 부도체의 중간 성격을 가진 반도체로 태어나는지, 다음 공정에서 계속해서 알려 드리겠습니다.

다음시간에는 반도체의 가장 기초적인 공정인 ‘산화 공정’을 소개해드릴 예정이니 많이 기대해주세요.

‘8대 공정’, ‘8대공정’

관련 콘텐츠 보러가기
☞ 반도체 8대 공정 2탄. 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정(Oxidation)
☞ 반도체 8대 공정 3탄. 전자산업의 혁명, 집적회로(IC, Integrated Circuit)
☞ 반도체 8대 공정 4탄. 웨이퍼에 한 폭의 세밀화를 그려 넣는 포토공정(Photo)
☞ 반도체 8대 공정 5탄. 특정 회로패턴을 구현하는 식각공정(Etching)
☞ 반도체 8대 공정 6탄. 반도체가 원하는 전기적 특성을 갖게 하려면?
☞ 반도체 8대 공정 7탄. 전기를 통하게 하는 마지막 작업, 금속 배선 공정
☞ 반도체 8대 공정 8탄. 합격으로 가는 첫 번째 관문 EDS(Electrical Die Sorting)
☞ 반도체 8대 공정 9탄. 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징(Packaging) 공정

The post 반도체 8대 공정 1탄. 반도체 집적회로의 핵심재료, 웨이퍼란 무엇일까요? first appeared on 삼성전자 반도체 뉴스룸.