반도체 제조 분야에서 유리 기판은 대중에게 잘 알려지지 않은 중요한 구성 요소입니다. 이 기판들은 다양한 전자 재료의 증착을 위한 안정적이고 신뢰할 수 있는 기반을 제공하며, 고성능 및 소형 전자 장치 생산에서 핵심적인 역할을 합니다. 기술이 계속 발전함에 따라 유리 기판의 중요성이 점점 더 강조되고 있습니다. 이번 게시물에서는 반도체 제조에서 유리 기판의 중요성을 탐구하고, 그 특성을 살펴보며, 이 필수 기술의 도전 과제와 미래 전망에 대해 논의할 것입니다.
유리 기판 이해하기
1. 구성 및 특성
유리 기판은 탁월한 투명성, 화학적 안정성 및 열 저항성을 제공하도록 설계된 특수 유리로 만들어집니다. 이러한 특성은 유리가 반도체 처리 중 높은 온도와 공격적인 화학 환경을 견딜 수 있어야 하기 때문에 중요합니다. 주로 사용되는 유리 유형에는 열팽창 계수와 순도 수준에 따라 특정 응용 프로그램에 선택되는 붕규산염과 융합 실리카가 포함됩니다. 이러한 재료들은 제조 과정 중 기판이 휘거나 변형되지 않도록 보장하여 반도체 장치의 무결성을 유지합니다.
2. 제조 과정
유리 기판을 만드는 과정은 복잡하고 정밀합니다. 이 과정은 원료를 녹여 균일한 유리 용융물을 형성하는 것으로 시작합니다. 이 용융물은 다운 드로우나 퓨전 드로우와 같은 기술을 사용하여 시트로 형성되며, 이는 이후 반도체 층을 위해 필요한 매우 매끄럽고 평평한 표면을 제작할 수 있습니다. 형성 후, 유리 시트는 내부 스트레스를 제거하기 위해 냉각 처리와 내구성을 강화하기 위한 화학 강화와 같은 일련의 처리 과정을 거칩니다. 이러한 과정은 반도체 제조의 엄격한 요구 사항을 충족하는 유리 기판을 생산하는 데 필수적입니다.
3. 반도체 장치에서의 응용
유리 기판은 전통적인 반도체 칩 생산뿐만 아니라 다양한 고급 전자 장치의 개발에서도 중요한 역할을 합니다. 플라스틱 등 기존 반도체 공정에서 사용하는 '유기 소재' 기판은 열에 민감하고, 빛 흡수·반사율에 따라 식각 패턴이 달라질 수 있어 (식각 기술을 통한) 미세 회로 구현에 어려움이 크지만, 유리 기판은 내열성과 투명성이 높아 빛 흡수·반사율을 비교적 정밀하게 제어해 더 세밀한 회로를 구현할 수 있습니다. LCD, OLED, 태양광 패널 제조는 물론 유연한 전자 제품 및 고급 센서와 같은 신흥 기술에 널리 사용됩니다. 광학 투명성과 전기 절연성과 같은 유리 기판의 독특한 특성은 이러한 응용 분야에 이상적입니다. 더 정교하고 소형화된 전자 장치에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 그 역할이 확장되고 있습니다.
4. 2024 국제 PCB(전자회로기판) 및 반도체패키징산업전에서의 업체별 동향
삼성전기는 차세대 반도체 기판으로 주목 받는 유리기판을 선보였습니다. 회사는 전극통로(TGV)가 뚫린 유리기판 샘플을 전시했습니다. 삼성전기가 공식적으로 유리기판 실물을 선보인 건 이번이 처음입니다. 삼성전기는 내년 시제품 개발을 목표로, 현재 세종에 파일럿 라인을 구축하고 있습니다.
LG이노텍도 새롭게 준비 중인 반도체 유리기판 기술을 소개했습니다. 삼성전기와 달리 실물을 공개하지 않았지만 연구개발(R&D) 중임을 대외 알렸습니다. LG이노텍은 기존 기판 두께 1300 마이크로미터(㎛)를 유리 기판으로 구현 시 500㎛로 줄일 수 있다고 소개했습니다. 또 글라스관통전극(TGV) 등 유리기판 가공 기술 정보도 공유했습니다.
반도체 PCB 기업 심텍도 현재 연구개발(R&D) 중인 유리기판을 전시, 본격적인 사업 착수를 알렸습니다. 유리기판은 현재의 AI 반도체를 보다 고성능으로 끌어올릴 수 있는 기술로 손꼽힙니다.
도전 과제
1. 취급 및 내구성
유리 기판 사용의 주요 도전 과제 중 하나는 그 취약성입니다. 유리 기판을 취급하는 과정은 깨짐을 피하고 청결을 유지하기 위해 세심한 과정이 필요하며, 어떠한 결함도 최종 반도체 제품의 결함으로 이어질 수 있습니다. 제조업체들은 취급 기술을 지속적으로 혁신하고 더 강한 유리 복합재를 개발하여 이러한 위험을 줄이고 있습니다. 예를 들어, 알루미나-실리케이트 화합물의 통합은 처리 중 손상될 가능성이 적은 강화된 유리 기판을 만드는 데 도움이 되었습니다.
2. 열 및 화학 안정성
장치 소형화가 반도체 기술의 한계를 밀어붙이면서, 유리 기판의 열 및 화학 안정성은 더욱 중요해지고 있습니다. 연구원들은 극한의 처리 조건에서 변형을 방지하기 위해 유리 기판의 저항력을 향상하는 방법을 지속적으로 모색하고 있습니다. 특정 원소로 도핑하는 것과 같은 유리 화학에 대한 혁신은 이러한 기판의 열 한계와 화학적 내성을 높이는 데 유망한 결과를 보여주고 있습니다.
3. 비용 및 생산 효율성
고품질 유리 기판을 생산하는 것은 비용이 많이 들고 자원 집약적인 과정입니다. 유리 용융 및 처리에 필요한 원료의 높은 비용과 에너지는 비용 효율성을 저해하는 주요 장애물입니다. 제조 기술의 발전 및 유리 재료의 재활용은 비용을 줄이고 생산 효율성을 개선하기 위해 탐구되고 있는 전략 중 일부입니다. 이러한 노력은 고급 반도체 기술을 접근 가능하고 지속 가능하게 만드는 데 중요합니다.
결론
유리 기판은 종종 간과되지만 반도체 산업에서 필수적인 구성 요소입니다. 그 역할은 다양한 전자 장치의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 사용과 관련된 도전 과제가 있지만, 지속적인 연구와 기술 발전은 그 특성을 향상하고 응용 분야를 확장할 것을 약속합니다. 보다 고급 전자 장치에 대한 수요가 증가함에 따라, 유리 기판 기술의 혁신은 반도체 산업의 중요한 관심사로 남아 있을 것입니다. 전자 기기의 미래는 유리 기판 분야에서의 최적화 및 혁신 능력에 크게 의존하고 있어 과학적 및 산업적 관심의 핵심 영역이 될 것입니다.