반도체 원가절감은 어떻게?

원가절감. 어떻게 이루어내나?

IC 칩의 크기가 동일하다면, 웨이퍼가 크면 클수록, 즉 직경이 클수록 많은 IC 칩을 만들 수 있어서 더 경제적이다. 결국엔 IC칩의 소형화와 웨이퍼의 대형화가 동시에 이루어져야지 원가인하에 더욱 큰 영향을 미칠 수 있다. 2020년경에는 450mm(18인치)가 등장할 것으로 예측된다.

 

IC칩을 미세하게 만드는 방법을 설명하기에 앞서, IC칩의 미세화를 말하는 기준은 선폭이 얼마나 되느냐에 달려있다. 이를 흔히 design rule이라고 하며 MOS에서는 gate의 길이를 말한다(cmrf7sf에서는 0.18um). 이 미세화 기술의 핵심은 리소그래피(lithography) 기술인데, 리소그래피 기술은 마스크(mask)를 통해 패턴(pattern)을 웨이퍼 위에 굽는 공정이다. 이때 스테퍼(stepper)라고 불리우는 노광장치를 이용하는데 마스크 패턴을 축소하는 경우 그 해상도는 광원의 파장에 반비례하고 렌즈의 밝기를 나타내는 개구수(numerical aperture)에 비례한다.(즉, 파장이 짧은 광원을 이용하고 개구수가 큰 lens를 사용하면 해상도가 높은, 미세한 패턴을 형성할 수 있다.) 1985년 무렵에는 0.8um였던 선폭은 2012년 28nm까지 작아져왔다.

실제로는 개구수를 이용한 선폭의 축소는 렌즈의 물성한계 등으로 인하여 0.65에 머물게 되어 해상도를 올리기 위해서는 짧은 파장을 이용해야 한다. 스테퍼의 광원으로는 가시광선(436nm)부터 자외선(365nm), KrF excimer(바닥상태에서는 결합하지않고, 들뜬상태에서는 결합하는 화학종. 고전압방전이나 전자빔을 이용해 자극시키면 서로 결합하여 화합물을 만든다. 이 화합물은 극히 불안정하여 수명이 나노초 정도로 매우 짧으며, 붕괴되면서 자외선 파장대의 빛에너지를 방출한다. 이러한 자외선을 발진 및 증폭시키면 엑시머레이저가 된다.)laser(248nm), ArF excimer laser(193nm)으로 발전되어왔다.

 

수율은 모든 생산과정을 거친 1장의 웨이퍼가 제대로 된 IC칩을 얼마나 만들 수 있느냐를 백분율로 나타낸 것이다. 수율은 제조공정의 먼지, 공정상의 결함등에 의해 영향을 받으며 원인을 찾는 것이 쉽지 않다. 새로운 공정을 적용하거나 미세 패턴을 적용하는 경우 기존에는 문제 없었던 먼지가 원인이 되어 수율이 떨어지는 경우도 적지않다. 따라서 높은 수율을 유지하며 칩 미세화를 이루어내는 것은 쉽지 않다.