반도체 소재 개발로 레이저 미세 가공 사업 성장 견인

반도체 소재의 몇 가지 응용 분야

스테퍼는 마스크 노광 시스템입니다. 레이저 광원을 사용하여 웨이퍼 표면 보호막을 식각하여 데이터 저장 기능을 갖춘 회로를 형성합니다. 대부분의 스테퍼는 심자외선 레이저 빔을 생성할 수 있는 엑시머 레이저를 사용합니다. 주요 엑시머 레이저 제조업체인 Cymer는 ASML에 인수되었습니다. 새로운 스테퍼는 10nm 미만의 공정을 구현할 수 있는 EUV 스테퍼입니다. 하지만 이 기술은 여전히 ​​외국 기업들이 주도하고 있습니다.

하지만 중국은 칩 제조 분야에서 점차 돌파구를 마련하고, 향후 자체 생산 및 대량 생산을 실현할 것으로 예상됩니다. 국산 스테퍼 모터 또한 예상되며, 그때쯤이면 고정밀 레이저 소스에 대한 수요도 증가할 것입니다.

반도체 소재의 또 다른 광범위한 응용 분야는 PV 셀 산업입니다. PV 셀은 세계에서 가장 빠르게 성장하는 청정 에너지 시장이며, 잠재력이 매우 높습니다. 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지, 박막 전지, III-V 복합 전지로 구분할 수 있습니다. 이 중 결정질 실리콘 태양전지는 가장 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 레이저 광원과 달리 PV 셀은 빛을 전기로 변환하는 장치입니다. 광전 변환율은 PV 셀의 성능을 판단하는 기준입니다. 이 분야에서는 소재와 공정 기술이 매우 중요합니다.

실리콘 웨이퍼 절단에는 전통적인 절삭 공구가 사용되었지만, 정밀도와 효율, 그리고 수율이 낮았습니다. 따라서 유럽, 한국, 미국 등 여러 국가에서는 이미 오래전부터 고정밀 레이저 기술을 도입했습니다. 우리나라의 PV 셀 생산 능력은 세계 시장의 절반에 달했습니다. 지난 4년간 PV 산업이 지속적으로 성장함에 따라 레이저 가공 기술이 점차 활용되고 있습니다. 오늘날 레이저 기술은 웨이퍼 절단, 웨이퍼 스크라이빙, PERC 배터리 홈 가공 등을 통해 PV 산업 발전에 기여하고 있습니다.

반도체의 세 번째 응용 분야는 FPCB를 포함한 PCB입니다. 모든 전자 제품의 핵심 부품이자 기반이 되는 PCB는 반도체 소재를 대량으로 사용합니다. 지난 몇 년 동안 PCB의 정밀성과 집적도가 점점 높아짐에 따라 점점 더 미세한 PCB가 출시될 것입니다. 그때쯤이면 기존의 가공 및 접촉 가공 장비로는 적응하기 어려워지겠지만, 레이저 기술은 점점 더 널리 사용될 것입니다.

레이저 마킹은 PCB에서 가장 간단한 기술입니다. 현재로서는 UV 레이저를 사용하여 소재 표면에 마킹을 하는 경우가 많습니다. 하지만 PCB에서 가장 널리 사용되는 기술은 레이저 드릴링입니다. 레이저 드릴링은 마이크로미터 수준의 정밀도를 자랑하며, 기계식 칼로는 가공할 수 없는 매우 미세한 구멍을 뚫을 수 있습니다. 또한, PCB의 구리 소재 절단 및 고정 융착에도 레이저 기술을 적용할 수 있습니다.

레이저가 미세 가공 시대로 접어들면서 S&A Teyu는 초정밀 공랭식 수냉식 냉각기를 홍보했습니다.

지난 몇 년간의 레이저 개발을 돌이켜보면, 레이저는 금속 절단 및 용접 분야에서 폭넓게 활용되어 왔습니다. 하지만 고정밀 미세 가공의 경우는 상황이 정반대입니다. 그 이유 중 하나는 금속 가공이 다소 거친 가공이기 때문입니다. 하지만 고정밀 레이저 미세 가공은 높은 수준의 맞춤 제작을 요구하며, 기술 개발의 어려움과 많은 시간 소모라는 과제에 직면해 있습니다. 오늘날 고정밀 레이저 미세 가공은 주로 스마트폰과 같은 가전제품에 적용되고 있으며, OLED 화면은 레이저 미세 가공으로 절단되는 경우가 많습니다.

향후 10년 동안 반도체 소재는 주요 산업이 될 것입니다. 반도체 소재 가공은 레이저 미세 가공의 급속한 발전을 촉진할 것으로 예상됩니다. 레이저 미세 가공에는 주로 단펄스 또는 초단펄스 레이저, 즉 초고속 레이저가 사용됩니다. 따라서 반도체 소재 국산화 추세에 따라 고정밀 레이저 가공에 대한 수요도 증가할 것입니다.

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

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