반도체 소재 개발로 레이저 미세 가공 사업 성장 견인

반도체 소재의 몇 가지 응용 분야

스테퍼는 마스크 노출 시스템입니다. 레이저 소스를 사용하여 웨이퍼의 표면 보호 필름을 에칭하면 데이터 저장 기능이 있는 회로가 형성됩니다. 대부분의 스테퍼는 깊은 자외선 레이저 빔을 생성할 수 있는 엑시머 레이저를 채택합니다. 주요 엑시머 레이저 제조업체인 Cymer가 ASML에 인수되었습니다. 그리고 새로운 스테퍼는 10nm 이하의 공정을 실현할 수 있는 EUV 스테퍼가 될 것입니다. 하지만 이 기술은 여전히 외국 기업이 주도하고 있습니다.

하지만 중국은 점차 칩 제조에서 획기적인 발전을 이루고 나중에는 자체 생산과 대량 생산을 실현할 것으로 기대됩니다. 국산 스테퍼도 예상 가능하며, 그때쯤이면 고정밀 레이저 소스에 대한 수요가 증가할 것입니다.

반도체 소재의 또 다른 광범위한 응용 분야는 PV 셀 산업입니다. PV 셀은 세계에서 가장 빠르게 성장하고 잠재력이 큰 청정 에너지 시장입니다. 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지, 박막 전지, III-V 복합 전지로 나눌 수 있다. 이 중 결정질 실리콘 태양 전지의 응용 분야가 가장 넓습니다. 레이저 광원과 반대로 PV 셀은 빛을 전기로 전송하는 장치입니다. 광전 변환율은 PV 셀의 성능을 판단하는 기준입니다. 이 분야의 재료와 공정 기술은 매우 중요합니다.

실리콘 웨이퍼를 절단하는 경우 전통적인 절단 도구를 사용했지만 정밀도가 낮고 효율성이 낮으며 수율이 낮았습니다. 그래서 유럽의 여러 나라들, 한국, 미국 등은 이미 오래 전부터 고정밀 레이저 기술을 도입해 왔습니다. 우리나라의 PV 전지 생산능력은 세계 수준의 절반에 도달했습니다. 그리고 지난 4년 동안 PV 산업이 지속적으로 성장함에 따라 레이저 가공 기술이 점차 활용되었습니다. 오늘날 레이저 기술은 웨이퍼 절단, 웨이퍼 스크라이빙, PERC 배터리 홈 가공 등을 수행하여 PV 산업에 기여하고 있습니다.

반도체의 세 번째 응용 분야는 FPCB를 포함한 PCB입니다. 모든 전자제품의 핵심부품이자 기반인 PCB는 반도체 소재를 대량으로 사용합니다. 지난 몇 년 동안 PCB의 정밀도와 집적도가 점점 더 높아짐에 따라 점점 더 작은 PCB가 출시되고 있습니다. 그때쯤이면 기존의 가공 및 접촉 가공 장비로는 적응하기 힘들겠지만, 레이저 기술은 점점 더 많이 활용될 것입니다.

레이저 마킹은 PCB에 사용하는 가장 간단한 기술입니다. 현재 사람들은 종종 UV 레이저를 사용하여 재료 표면에 표시를 합니다. 그러나 PCB에 가장 흔히 사용되는 기술은 레이저 드릴링입니다. 레이저 드릴링은 마이크로미터 수준에 도달할 수 있으며 기계식 칼로는 할 수 없는 매우 작은 구멍을 뚫을 수 있습니다. 또한, PCB의 구리 소재 절단 및 고정 용융 용접에도 레이저 기술을 적용할 수 있습니다.

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지난 몇 년간의 레이저 개발을 돌이켜보면, 레이저는 금속 절단과 용접에 폭넓게 응용되고 있습니다. 하지만 고정밀 미세 가공의 경우 상황은 정반대입니다. 그 이유 중 하나는 금속 가공이 일종의 거친 기계 가공이기 때문입니다. 하지만 고정밀 레이저 미세 가공에는 높은 수준의 맞춤화가 필요하고 이 기술을 개발하는 데 어려움이 있고 시간이 많이 걸린다는 등의 과제에 직면해 있습니다. 오늘날 고정밀 레이저 미세 가공은 주로 스마트폰과 같은 가전제품에 적용되며, 이러한 가전제품의 OLED 화면은 레이저 미세 가공으로 절단되는 경우가 많습니다.

앞으로 10년 안에 반도체 소재가 주요 산업이 될 것입니다. 반도체 소재 가공은 아마도 레이저 미세 가공의 급속한 발전을 촉진하는 계기가 될 수 있을 것입니다. 레이저 미세 가공은 주로 단펄스 또는 초단펄스 레이저, 즉 초고속 레이저를 사용합니다. 따라서 반도체 소재의 국산화 추세에 따라 고정밀 레이저 가공에 대한 수요도 증가할 것으로 예상된다.

그러나 고정밀 초고속 레이저 장치는 매우 까다로우며, 동등하게 고정밀 온도 제어 장치를 탑재해야 합니다.

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