20. 전자산업

전자산업

-전자산업은 반도체, 박막 트랜지스터 평면 디스플레이, 광전기 제조업 등을 포함한 것으로 전자산업공정은 웨이퍼 제조공정, 웨이퍼 가공공정, 조립 및 가공공정으로 구성되어 있으며, 사진, 식각, 확산, 증착 등의 가공공정을 거쳐 전기회로를 구성하는 과정이 반도체 및 전자산업공정의 핵심이다. 전자산업에서는 실올에서 가스 상태인 불소화합물이 사용되며, 주로 실리콘 포함 물질의 프라즈마 식각, 실리콘이 침전되어 있던 화학증착기구의 내벽을 세정하는 데 사용된다.

-전자산업공정은 웨이퍼 제조공정, 웨이퍼 가공공정, 조립 및 가공의 3가지 주요 공정으로 구성되어 있다.

①웨이퍼 제조공정 : 단결정 상정공정, 절단공정, 경마연마공정, 세척과 검사공정으로 구분할 수 있다. 단결정 성장 공정은 실리콘 웨이퍼의 제조를 위한 첫 번째 공정으로 무형의 폴리실리콘을 1,400℃ 이상의 고온에서 녹여 큰 직경을 가진 단결정봉으로 성장시키는 공정이다. 세부공정으로 먼저 고순도의 일정한 모양이 없는 폴리실리콘을 자동화된 단결정 상장로 속에서 단결정봉으로 변형시킨 후 고진공 상태에서 1,400℃ 이상의 고온에 녹여 성장시킨다. 성장과정이 끝나면 뜨거워진 단결정봉을 실내온도로 냉각시켜 각각의 단결정봉이 여러 조건에 부합되는 지를 평가하고, 마지막으로 정확한 직경을 가질 수 있도록 부분별로 가공한다.

절단공정은 실리콘 단경정봉을 웨이퍼, 즉 얇은 슬라이스로 변형시키는 공정으로 단결정 조직이 정확하게 정렬되도록 단결정봉을 흑연빔에 놓고, 고도의 절삭기술을 사용하여 실리콘 단결정봉을 웨이퍼로 변형한다. 이때 절삭작업을 거치는 동안 웨이퍼의 가장자리 부분은 매우 날카롭고 깨지기 쉬우므로 세척과정을 거친 후 정확한 모양과 치수로 가공해 손상을 줄이도록 한다. 마지막으로 웨이퍼들의 표면의 질을 높이기 위해서 조연마 과정을 거쳐 표면이 평탄하고 두께가 일정하게 한다.

경면연마공정은 웨이퍼를 평탄하고 결함이 없도록 만드는 공정으로, 웨이퍼의 질을 놓이는 매우 중요한 공정이다. 우선적으로, 조연마 과정을 거친 웨이퍼를 식각공정을 통해 추가적인 표면 손상을 제거한 후 공정을 정밀하게 통제하는 자동화된 장비로 가장자리 부분과 표면을 경면연마한다. 이때 얻어지는 웨이퍼들은 극도로 평탄하고 결함이 없는 상태이다.

②웨이퍼 가공공정 : 웨이퍼 표면에 반도체 소자나 IC를 형성하는 제조공정으로 앞에서 언급된 바와 같이 반도체 제조공정 중 가장 중요하며, 핵심적인 공정이라 할 수 있다. 세부제조공정은 산화공정, 감광액 도포공정, 노광공정, 현상공정, 식각공정, 이온주입공정, 화학기상증착공정, 금속배선공정으로 구분할 수 있다.

산화 공정은 고온에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면과 화학반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 공정으로, 이때 산화막은 배선 간의 간격이 미세하여 합선이 될 경우가 많기 때문에 산화막을 통해 웨이퍼 위에 그려질 배선끼리 합선되지 않기 위해 필요하다.

감광액 도포 공정은 감광액을 웨이퍼 표면에 고르게 바른 후 살짝 구워 얼라이너라고 불리는 사진 촬영장치로 보내는 공정으로 이때부터 사진의 인화지 역할을 할 수 있다.

노광공정은 Stepper를 이용하여 포토 마스크 위에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 PR막이 형성된 웨이퍼 위에 회로패턴을 사진 찍는 공정으로, 반도체 공정 중 매우 중요한 공정의 하나이며, 특히 진동에 매우 민감하다.

현상공정은 웨이퍼 포면에서 빛을 받은 부분의 막을 현상시키는 공정으로 일반 사진 현상과 동일하다. 현상액을 웨이퍼에 뿌리면 웨이퍼는 노광과정에서 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분으로 구분된다.

식각공정은 웨이퍼에 회로 패턴을 형성시켜 주기 위해 화학물질이나 반응성 가스를 사용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 용해 제거시키는 공정이다.

이온주입공정은 회로패턴과 연결된 부분에 불순물을 미세한 가스 입자 형태로 가속하여 웨이퍼 내부에 침투시킴으로써 전자 소자의 특성을 만들어주는 공정이다. 이러한 불순물 주입은 고온의 전기로 속에서 불순물 입자를 웨이퍼 내부로 확산시켜 주입하는 확산공정에 의해서도 이루어진다.

화학기상증착공정은 기체, 액체 혹은 고체 상태의 원료 화합물을 반응기 내에 공급하여 웨이퍼 표면에서의 화학적 반응을 유도함으로써 웨이퍼 위에 고체 반응 생성물인 박막층을 형성하는 공정이다.

금속배선공정은 웨이퍼 표면에 형성된 각각의 회로를 금, 은, 알루미늄과 같은 금속선으로 연결시키는 공정이다.

-조립 및 검사공정

세부 공정을 보면 웨이퍼 자동선별공정, 웨이퍼 절단공정, 칩 접착공정, 금선연결공정, 성형공정, 최종 검사공정이다.

①웨이퍼 자동선별 공정 : 웨이퍼에 형성된IC칩들의 전기적 동작 여부를 컴퓨터로 검사하여 불량품을 자동 선별하는 공정으로 통상적으로 불량제품은 검은 잉크로 동그란 마크를 찍어 분류한다.

②웨이퍼 절단공정 : 웨이퍼상의 칩들을 다이아몬드 톱을 사용하여 절단, 분리 후 리드프레임 위에 올려놓는 공정으로 웨이퍼에 그려진 하나하나의 칩들을 떼어내기 위해 웨이버를 손톱만 한 크기로 계속 잘라낸다.

③칩 접착공정 : 낱개로 분리된 칩 가운데 제대로 작동하는 것만을 골라내어 리드 프레임 위에 올려 놓는 공정으로, 불량으로 판정된 제품은 자동으로 제외된다. 이때 리드 프레임이란 반도체에서 지네발처럼 튀어나온 다리 부분인데, 반도체가 전자제품에 연결되는 소켓 구실을 한다.

④금선연결공정 : 칩의 외부 연결단자와 리드 프레임을 가느다란 금선으로 연결하는 공정으로, 이때 사용되는 금선은 머리카락보다 가는 순금이며, 동이나 알루미늄선도 사용한다.

⑤성형공정 : 칩과 연결된 금선부분을 보호하기 위해 화학수지로 밀봉해주는, 즉 외형을 만들어주는 공정이다. 이과정을 거쳐 우리가 흔히 볼 수 있는 검은색 지네발 모양이 되며, 플라스틱이나 세라믹 같은 것으로 감싸준다. 그 다음 윗면에 제품명이나 고유번호, 제조회사의 마크 등을 인쇄한다.

⑥최종 검사공정 : 완성된 반도체의 전기적 특성 및 기능을 컴퓨터로 최종 검사하는 공정으로 강제로 높은 정전기를 흘린 다음 제품이 제대로 작동하는지, 높거나 낮은 습도에서, 높은 온도에서 잘 견디는지 등을 확인한다. 최종 합격된 제품들은 제품명과 회사명을 마킹한 후 입고 검사를 거쳐 최종 소비자에게 판매된다.