반도체 소재 개발이 레이저 미세가공 사업 성장에 기여

반도체 재료의 몇 가지 응용 분야

스테퍼는 마스크 노광 시스템입니다. 레이저 광원을 사용하여 웨이퍼 표면의 보호막을 에칭함으로써 데이터 저장 기능을 갖춘 회로를 형성합니다. 대부분의 스테퍼는 심자외선(EUV) 레이저 빔을 생성할 수 있는 엑시머 레이저를 사용합니다. 엑시머 레이저 분야의 선두 기업인 사이머(Cymer)는 ASML에 인수되었습니다. 새로운 스테퍼는 10nm 이하의 공정을 구현할 수 있는 EUV 스테퍼가 될 것으로 예상되지만, 이 기술은 여전히 ​​해외 기업들이 주도하고 있습니다.

하지만 중국이 반도체 제조 분야에서 점차 돌파구를 마련하고 향후 자사 생산 및 대량 생산을 실현할 것으로 예상됩니다. 국산 스테퍼 소자의 등장 또한 예측 가능하며, 그때가 되면 고정밀 레이저 광원에 대한 수요가 증가할 것입니다.

반도체 소재의 또 다른 광범위한 응용 분야는 세계에서 가장 빠르게 성장하는 청정에너지 시장이자 최고의 잠재력을 지닌 태양광 전지 산업입니다. 태양 전지는 결정질 실리콘 태양 전지, 박막 전지, III-V 화합물 전지로 나눌 수 있습니다. 이 중 결정질 실리콘 태양 전지가 가장 널리 사용됩니다. 레이저 광원과 달리 태양광 전지는 빛을 전기로 변환하는 장치입니다. 광전 변환율은 태양광 전지의 성능을 나타내는 기준입니다. 이 분야에서 소재와 공정 기술은 매우 중요합니다.

실리콘 웨이퍼 절단에 있어서는 기존의 절단 공구가 사용되었지만, 정밀도, 효율, 수율이 낮았습니다. 따라서 유럽 여러 국가와 한국, 미국은 이미 오래전에 고정밀 레이저 기술을 도입했습니다. 우리나라의 경우, 태양광 전지 생산 능력은 세계 절반 수준에 달합니다. 그리고 지난 4년간 태양광 산업이 지속적으로 성장함에 따라 레이저 가공 기술이 점차 활용되기 시작했습니다. 현재 레이저 기술은 PERC 배터리의 웨이퍼 절단, 스크라이빙, 홈 가공 등을 통해 태양광 산업에 기여하고 있습니다.

반도체의 세 번째 응용 분야는 FPCB를 포함한 PCB입니다. 모든 전자 제품의 핵심 부품이자 기반이 되는 PCB는 많은 양의 반도체 재료를 사용합니다. 최근 몇 년 동안 PCB의 정밀도와 집적도가 점점 높아짐에 따라 더욱 초소형 PCB가 등장하고 있습니다. 그때가 되면 기존의 가공 및 접촉 가공 장비로는 대응하기 어려워지겠지만, 레이저 기술은 점점 더 많이 활용될 것입니다.

레이저 마킹은 PCB에서 가장 간단한 기술입니다. 현재로서는 주로 UV 레이저를 사용하여 재료 표면에 마킹을 수행합니다. 하지만 PCB에서 가장 널리 사용되는 기술은 레이저 드릴링입니다. 레이저 드릴링은 마이크로미터 수준의 정밀도를 구현할 수 있어 기계식 칼로는 뚫을 수 없는 아주 미세한 구멍을 가공할 수 있습니다. 또한, PCB의 구리 재료 절단 및 고정 융착 용접에도 레이저 기술을 적용할 수 있습니다.

레이저 기술이 초정밀 가공 시대로 접어들면서 S&A 테유는 초정밀 공랭식 수냉식 칠러를 선보였습니다.

지난 몇 년간의 레이저 개발 동향을 살펴보면, 레이저는 금속 절단 및 용접 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 하지만 고정밀 미세 가공 분야에서는 상황이 정반대입니다. 그 이유 중 하나는 금속 가공이 대체로 거친 가공에 가깝기 때문입니다. 그러나 고정밀 레이저 미세 가공은 고도의 맞춤 제작을 요구하며, 기술 개발의 어려움과 많은 시간 소요 등의 문제에 직면해 있습니다. 오늘날 고정밀 레이저 미세 가공은 주로 스마트폰과 같은 소비자 전자 제품에 사용되고 있으며, 스마트폰의 OLED 화면은 이러한 레이저 미세 가공을 통해 제작되는 경우가 많습니다.

향후 10년 동안 반도체 소재는 핵심 산업으로 부상할 것입니다. 반도체 소재 가공은 레이저 미세가공의 급속한 발전을 촉진하는 원동력이 될 가능성이 높습니다. 레이저 미세가공은 주로 단펄스 또는 초단펄스 레이저, 즉 초고속 레이저를 사용합니다. 따라서 반도체 소재의 국산화 추세에 따라 고정밀 레이저 가공에 대한 수요가 증가할 것입니다.

하지만 고정밀 초고속 레이저 장치는 매우 까다롭고, 그에 걸맞게 높은 정밀도의 온도 제어 장치가 필요합니다.

국내 고정밀 레이저 장비 시장의 기대에 부응하기 위해 S&A Teyu는 온도 안정성이 ±0.1℃에 달하는 CWUP 시리즈 순환식 레이저 냉각기를 출시했습니다. 이 제품은 펨토초 레이저, 나노초 레이저, 피코초 레이저 등 초고속 레이저 냉각에 특화되어 설계되었습니다. CWUP 시리즈 레이저 냉각기에 대한 자세한 정보는 https://www.teyuchiller.com/portable-water-chiller-cwup-20-for-ultrafast-laser-and-uv-laser_ul5 에서 확인하실 수 있습니다.